操作系統(tǒng)

操作系統(tǒng)的主要目的：

管理系統(tǒng)資源，提高資源利用率，方便用戶使用

進程的三種基本狀態(tài)：

• 就緒狀態(tài)：進程已獲得除CPU外的所有必要資源，只等待CPU時的狀態(tài)。
• 執(zhí)行狀態(tài)：進程已獲CPU，正在執(zhí)行。單處理機系統(tǒng)中，處于執(zhí)行狀態(tài)的進程只一個；多處理機系統(tǒng)中，有多個處于執(zhí)行狀態(tài)的進程。
• 阻塞狀態(tài)：正在執(zhí)行的進程由于某種原因而暫時無法繼續(xù)執(zhí)行，即進程執(zhí)行受阻。

狀態(tài)轉(zhuǎn)換：

• 就緒->運行：經(jīng)過處理機調(diào)度，就緒進程得到處理機資源
• 運行->就緒：時間片用完或在可剝奪系統(tǒng)中有更高優(yōu)先級進程進入
• 運行->阻塞：進行需要的某一資源還沒準(zhǔn)備好
• 阻塞->就緒：進程需要的資源已準(zhǔn)備好

掛起

掛起進程在操作系統(tǒng)中可以定義為暫時被淘汰出內(nèi)存的進程。機器的資源是有限的，在資源不足的情況下，有的進程被暫時調(diào)離出內(nèi)存，當(dāng)條件允許的時候，會被操作系統(tǒng)再次調(diào)回內(nèi)存，解除掛起為就緒態(tài)。

同步機制的原則：

• 空閑讓進；
• 忙則等待（保證對臨界區(qū)的互斥訪問）；
• 有限等待（有限代表有限的時間，避免死等）；
• 讓權(quán)等待，（當(dāng)進程不能進入自己的臨界區(qū)時，應(yīng)該釋放處理機，以免陷入忙等狀態(tài)）。

進程間通信（IPC，InterProcess Communication）方式

管道? ? ? 又稱無名管道

• 半雙工的（即數(shù)據(jù)只能在一個方向上流動），具有固定的讀端和寫端。
• 只能用于父子進程之間的通信。
• 可以看成是一種特殊的文件，對于它的讀寫也可以使用普通的read、write 等函數(shù)。但是它不是普通的文件，并不屬于其他任何文件系統(tǒng)，并且只存在于內(nèi)存中。

FIFO? ? ? 又稱命名管道，一種文件類型

• 也是半雙工通信。
• FIFO可以在無關(guān)的進程之間交換數(shù)據(jù)，與無名管道不同。
• FIFO有路徑名與之相關(guān)聯(lián)，它以一種特殊設(shè)備文件形式存在于文件系統(tǒng)中。

消息隊列? ? ? 鏈接表，存放在內(nèi)核中，由一個標(biāo)識符來標(biāo)識?? ?

• 消息隊列是面向記錄的，其中的消息具有特定的格式以及特定的優(yōu)先級。
• 消息隊列獨立于發(fā)送與接收進程。進程終止時，消息隊列及其內(nèi)容并不會被刪除。
• 消息隊列可以實現(xiàn)消息的隨機查詢,消息不一定要以先進先出的次序讀取,也可以按消息的類型讀取。

信號量? ? ? 計數(shù)器

• 信號量用于實現(xiàn)進程間的互斥與同步，而不是用于存儲進程間通信數(shù)據(jù)。
• 信號量基于操作系統(tǒng)的 PV 操作，程序?qū)π盘柫康牟僮鞫际窃硬僮鳌?/li>

共享內(nèi)存

• 共享內(nèi)存是最快的一種 IPC，因為進程是直接對內(nèi)存進行存取。
• 因為多個進程可以同時操作，所以需要進行同步。
• 信號量+共享內(nèi)存通常結(jié)合在一起使用，信號量用來同步對共享內(nèi)存的訪問。

上下文切換

內(nèi)核在 CPU 上對于進程（包括線程）進行以下的活動：

掛起一個進程，將這個進程在 CPU 中的狀態(tài)（上下文）存儲于內(nèi)存中的某處

在內(nèi)存中檢索下一個進程的上下文并將其在 CPU 的寄存器中恢復(fù)

跳轉(zhuǎn)到進程被中斷時的代碼行以恢復(fù)該進程。

進程與線程

進程（Process）?計算機中的程序關(guān)于某數(shù)據(jù)集合上的一次運行活動，是系統(tǒng)進行資源分配和調(diào)度的基本單位。

• 資源分配給進程，同一進程的所有線程共享該進程的所有資源。
• 同一進程中的多個線程共享常量池，堆，方法區(qū)。

組成：

• PCB進程控制塊：保存進程運行期間相關(guān)的數(shù)據(jù)，是進程存在的唯一標(biāo)志
• 程序段：能被進程調(diào)度程序調(diào)度到CPU運行的程序代碼段
• 數(shù)據(jù)段：存儲程序運行期間的相關(guān)數(shù)據(jù)，可以是原始數(shù)據(jù)也可以是相關(guān)結(jié)果

線程（thread）?操作系統(tǒng)能夠進行運算調(diào)度的最小單位，一個進程中可以并發(fā)多個線程。

• 每個線程擁有自己的棧。

區(qū)別：

• 進程有自己的獨立地址空間
• 進程是資源分配的最小單位，線程是CPU調(diào)度的最小單位
• 一個進程掛掉不會影響其他進程，而線程掛掉會影響其他線程

調(diào)度算法：

先來先服務(wù)算法FCFS

短作業(yè)優(yōu)先算法SJF

優(yōu)先級調(diào)度算法

• 非搶占式? ??分配給就緒隊列中優(yōu)先權(quán)最高的進程后，該進程便一直執(zhí)行下去，直至完成
• 搶占式? ? ? ? 在其執(zhí)行期間，一出現(xiàn)優(yōu)先權(quán)更高的進程就會停止當(dāng)前進程的執(zhí)行，將處理機分配給新到的優(yōu)先權(quán)最高的進程

高響應(yīng)比優(yōu)先算法

• 響應(yīng)比=（等待時間+需要執(zhí)行的時間）/需要執(zhí)行的時間

時間片輪轉(zhuǎn)調(diào)度算法

• 遵循了先來先服務(wù)的原則，就緒的進程隊列中每個進程輪流運行一次規(guī)定的時間片（比如100ms），沒有執(zhí)行完畢，進程丟到隊列的末尾，繼續(xù)就緒等待。

多級反饋隊列算法

• 多個反饋隊列，隊列有優(yōu)先級排序，優(yōu)先級越高的隊列時間片越少。
• 進程調(diào)用，先進入頭隊列，多個進程則按FCFS，經(jīng)過時間片后沒有完成則進入下一個隊列，以此類推。

死鎖

在兩個或多個并發(fā)進程中，如果每個進程持有某種資源而又都等待別的進程釋放它或它們現(xiàn)在保持著的資源，在未改變這種狀態(tài)之前都不能向前推進，稱這一組進程產(chǎn)生了死鎖。

產(chǎn)生死鎖的必要條件：

• 互斥條件：資源不能被共享，只能由一個進程使用。
• 請求與保持條件：已經(jīng)得到資源的進程可以再次申請新的資源。
• 非搶占條件：已經(jīng)分配的資源不能從相應(yīng)的進程中被強制地剝奪。
• 循環(huán)等待條件：系統(tǒng)中若干進程組成環(huán)路，該環(huán)路中每個進程都在等待相鄰進程正占用的資源。

處理死鎖問題：

• 忽略該問題，鴕鳥算法。
• 仔細地對資源進行動態(tài)分配，使系統(tǒng)始終處于安全狀態(tài)以避免死鎖。
• 通過破除死鎖四個必要條件之一，來防止死鎖產(chǎn)生。

虛擬內(nèi)存

一種內(nèi)存管理技術(shù)，將應(yīng)用程序所占的部分內(nèi)存暫時轉(zhuǎn)為外存，在需要時進行數(shù)據(jù)交換。

• 優(yōu)點：可以彌補內(nèi)存大小的不足；一定程度的提高反映速度；延長內(nèi)存使用壽命。
• 缺點：占用一定的物理硬盤空間；加大了對硬盤的讀寫；設(shè)置不得當(dāng)會影響整機穩(wěn)定性與速度。

調(diào)度方式：

• 分頁式：將邏輯和物理地址空間都分成固定大小的頁。沒有外碎片。

每頁大小為4KB，主存大小為4GB。則地址長度為32 位，其中0~11位為頁內(nèi)地址，即：12~31位為頁號，地址空間最多允許有2^20頁。

• 段式：按程序的邏輯結(jié)構(gòu)劃分地址空間，段長度可以動態(tài)改變。沒有內(nèi)碎片。

段號為16位，段內(nèi)偏移量為16位，則一個作業(yè)最多可有2^16=65536個段，最大段長為64KB。

• 段頁式：每個分段又被分成若干個固定大小的頁。

頁面置換算法

• OPT最優(yōu)算法：需要知道以后要被用到的頁，然后將不會被用到的頁換出內(nèi)存；如果所有頁都會被用到，就把需要使用時間離現(xiàn)在最長的頁換出。不可能實現(xiàn)的，因為當(dāng)前無法獲知以后哪些頁要被用到。不過最優(yōu)算法還是能夠作為其他算法優(yōu)秀程度的衡量。
• FIFO算法：置換出當(dāng)前已經(jīng)待在內(nèi)存里時間最長的那個頁。沒有考慮頁面的重要性的問題。
• LRU最近最少使用算法：將最近使用最少的頁面換出內(nèi)存。

中斷

計算機執(zhí)行程序的過程中，由于出現(xiàn)了某些特殊事情，使得CPU暫停對程序的執(zhí)行，轉(zhuǎn)而去執(zhí)行處理這一事件的程序。

每個中斷都有一個對應(yīng)的優(yōu)先級，當(dāng)處理器在處理某一中斷的時候，只有比這個中斷優(yōu)先級高的中斷可以被處理器接受并且被處理。

中斷一般分為三類：

• 內(nèi)部異常中斷：由計算機硬件異常或故障引起的中斷。
• 軟中斷：由程序中執(zhí)行了引起中斷的指令而造成的中斷。
• 外部中斷：由外部設(shè)備請求引起的中斷。

系統(tǒng)調(diào)用

操作系統(tǒng)的核心是內(nèi)核(kernel)，它獨立于普通的應(yīng)用程序，可以訪問受保護的內(nèi)存空間，也有訪問底層硬件設(shè)備的所有權(quán)限。為了保證內(nèi)核的安全，現(xiàn)在的操作系統(tǒng)一般都強制用戶進程不能直接操作內(nèi)核。具體的實現(xiàn)方式基本都是由操作系統(tǒng)將虛擬地址空間劃分為兩部分，一部分為內(nèi)核空間，另一部分為用戶空間。

• 內(nèi)核態(tài)：cpu可以訪問內(nèi)存的所有數(shù)據(jù)，包括外圍設(shè)備。
• 用戶態(tài)：只能受限的訪問內(nèi)存，且不允許訪問外圍設(shè)備。

用戶態(tài)切換到內(nèi)核態(tài)的方式：

• 系統(tǒng)調(diào)用：程序需要使用操作系統(tǒng)提供的服務(wù)時，比如說打開某一設(shè)備、創(chuàng)建文件、讀寫文件（這些均屬于系統(tǒng)調(diào)用）等，就需要向操作系統(tǒng)發(fā)出調(diào)用服務(wù)的請求，這就是系統(tǒng)調(diào)用。
• 異常：發(fā)生異常，由當(dāng)前進程切換到處理此異常的內(nèi)核相關(guān)程序中，也就轉(zhuǎn)到了內(nèi)核態(tài)，比如缺頁異常。
• 外圍設(shè)備的中斷：當(dāng)外圍設(shè)備完成用戶請求的操作后，會向CPU發(fā)出相應(yīng)的中斷信號，這時CPU會暫停執(zhí)行下一條即將要執(zhí)行的指令轉(zhuǎn)而去執(zhí)行與中斷信號對應(yīng)的處理程序。

信號量（Semaphore）和互斥鎖（Mutex）

• 互斥鎖：只允許一個線程／進程訪問資源，保證了使用資源線程的唯一性和排他性，但是無法限制資源釋放后其他線程申請的順序問題，所以是無序的。
• 信號量：在初始化變量的時候可以控制允許多少個線程／進程同時訪問一個臨界區(qū)，其他的線程／進程會被堵塞，直到有人解鎖。

信號量：利用PV操作實現(xiàn)互斥

• P操作即wait(S)?申請資源
• V操作即signal(S) 釋放資源
• S 表示可用資源的數(shù)量

數(shù)據(jù)庫

事務(wù)：事務(wù)是并發(fā)控制的基本單元，事務(wù)是一個操作序列，要么都執(zhí)行，要么都不執(zhí)行，他是一個不可分割的工作單位，事務(wù)是維護數(shù)據(jù)庫一致性的單位。

事務(wù)特性ACID：

• A,?atomacity原子性：? ? ?要么都執(zhí)行，要么都不執(zhí)行。
• C,?consistency一致性： 數(shù)據(jù)改變前后狀態(tài)一致，如買家花100，賣家賺100。
• I,?isolation隔離性：? ? ? ? ?允許多個用戶并發(fā)訪問。
• D,?durability?持久性：? ? ?事務(wù)結(jié)束后，事務(wù)處理的結(jié)果必須得到固化。即一旦提交，對數(shù)據(jù)庫改變是永久的。

隔離級別：一個事務(wù)必須與由其他事務(wù)進行的資源或數(shù)據(jù)更改相隔離的程度。隔離級別從允許的并發(fā)副作用（例如，臟讀或虛擬讀取）的角度進行描述。

四種隔離級別：

• 未提交讀：所有事務(wù)都可以“看到”未提交事務(wù)的執(zhí)行結(jié)果，讀取未提交數(shù)據(jù)，也被稱為“臟讀”。
• 已提交讀：只讀取提交的數(shù)據(jù)并等待其他事務(wù)釋放鎖。
• 可重復(fù)讀：保證同一事務(wù)的多個實例在并發(fā)讀取事務(wù)時，會“看到同樣的”數(shù)據(jù)行。
• 可序列化：制事務(wù)排序，使之不可能相互沖突，從而解決幻讀問題。簡而言之，在每個讀的數(shù)據(jù)行上加鎖。

? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 臟讀? 不可重復(fù)讀 幻讀
Read uncommitted? ? ?√? ? ? ? ? ? √? ? ? ? ? ?? √
Read committed ? ? ? ? ×?? ? ? ? ? ?√ ? ? ? ? ? ??√
Repeatable read ? ? ? ? ×? ? ? ? ? ? ×? ? ? ? ? ? ?√
Serializable? ? ? ? ? ? ? ? ?× ? ? ? ? ? ?×? ? ? ? ? ? ?×

MYSQL的兩種存儲引擎

• MyISAM管理非事務(wù)表。它提供高速存儲和檢索，以及全文搜索能力。如果應(yīng)用中需要執(zhí)行大量的SELECT查詢，那么MyISAM是更好的選擇。
• InnoDB用于事務(wù)處理應(yīng)用程序，具有眾多特性，包括ACID事務(wù)支持。如果應(yīng)用中需要執(zhí)行大量的INSERT或UPDATE操作，則應(yīng)該使用InnoDB，這樣可以提高多用戶并發(fā)操作的性能。

索引

拿漢語字典的目錄頁（索引）打比方，我們可以按拼音、筆畫、偏旁部首等排序的目錄（索引）快速查找到需要的字。用于提高數(shù)據(jù)庫表數(shù)據(jù)訪問速度。

常見索引類

• 普通索引：最基本的索引，沒有任何限制
• 唯一索引：與"普通索引"類似，不同的就是：索引列的值必須唯一，但允許有空值。
• 主鍵索引：它 是一種特殊的唯一索引，不允許有空值。?
• 全文索引：僅可用于 MyISAM 表，針對較大的數(shù)據(jù)，生成全文索引很耗時耗空間。
• 組合索引：為了更多的提高mysql效率可建立組合索引，遵循”最左前綴“原則。

最左前綴原則：顧名思義，最左優(yōu)先，比如，我們建立了一個以（a,b,c）為組合的索引，那么將會得到：a, ab,abc三種索引。若我們按列“b”進行查找，都不會使用到a, ab,abc三種索引。

Join

• INNER JOIN（內(nèi)連接，或等值連接）：兩個表屬性的交集
• LEFT JOIN（左連接）：取得左表完全記錄，即是右表并無對應(yīng)匹配記錄。?
• RIGHT JOIN（右連接）：與 LEFT JOIN 相反，取得右表完全記錄，即是左表并無匹配對應(yīng)記錄。
  ?

聚集索引、哈希索引、b+樹索引

• B+樹的簡單定義：B+樹是為磁盤或其他存儲設(shè)備設(shè)計的一種平衡查找樹。B+樹中所有記錄都是按鍵值大小順序存放在葉子節(jié)點上，各葉子節(jié)點通過指針進行連接。
• 哈希索引(Hash indexes)采用哈希表來對鍵值進行查找，時間復(fù)雜度為O(1)。使用哈希索引時對于鍵值的等值查詢是非常快的，但是其他類型的查詢?nèi)绶秶樵儭⒛：樵儭⑴判虻仁遣荒苁褂霉Ｋ饕摹＿@是哈希索引使用比較少的主要原因。
• 聚集索引（Clustered Index）又稱聚簇索引，其葉子節(jié)點存放記錄。每個InnoDB 表有一個特定的索引叫做聚集索引,存儲行的數(shù)據(jù)。如果你的表定義了主鍵那么主鍵就是聚集索引，如果沒有定義主鍵,MySQL 會選擇第一個非空唯一索引列作為聚集索引，如果表中也沒有唯一索引,InnoDB會生成一個類似RowId的隱藏的聚集索引。

語法

SELECT select_list
[ INTO new_table ]
FROM table_source
[ WHERE search_condition ]
[ GROUP BY group_by_expression ]
[ HAVING search_condition ]
[ ORDER BY order_expression [ ASC | DESC ] ]

Distinct
用途：被用作返回唯一的值。SELECT DISTINCT column-name(s) FROM table-name
Alias
用途：可用在表、結(jié)果集或者列上，為它們?nèi)∫粋€邏輯名稱。 SELECT column AS column_alias FROM table

聚集函數(shù)：

count
用途：傳回選取的結(jié)果集中行的數(shù)目。
sum
用途：以表達式傳回所有值的總和，或僅 DISTINCT 值。SUM 僅可用于數(shù)值行。已忽略 Null 值。
avg
用途：傳回選取的結(jié)果集中值的平均值。已忽略 Null 值。
max
用途：傳回選取的結(jié)果集中值的最大值。已忽略 Null 值。
min
用途：傳回選取的結(jié)果集中值的最小值。已忽略 Null 值。

?

?

總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的操作系统与数据库知识点的全部內(nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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