书: https://pan.baidu.com/s/1A6ZLSPMbCiZ-L4eRucUvXQ?pwd=kt7i
一、操作系统哲学
- “操作系统的核心使命是‘虚拟化’（Virtualization）——将物理资源（CPU、内存、磁盘）抽象为更易用的虚拟形式。”
- “操作系统通过‘机制’（Mechanism）实现功能（如上下文切换），通过‘策略’（Policy）决定如何调度资源（如CPU调度算法）。”
二、进程与线程
- “进程是运行中的程序实例，拥有独立的地址空间；线程是进程内的执行单元，共享同一地址空间。”
- “上下文切换（Context Switch）保存当前进程状态（寄存器、PC值）并恢复目标进程状态，由内核调度器触发。”
- “
fork()系统调用创建子进程，exec()加载新程序到当前进程空间，二者组合实现Shell运行命令。”
三、CPU调度
- “调度指标：周转时间（Turnaround Time）、响应时间（Response Time）、公平性（Fairness）需权衡。”
- “多级反馈队列（MLFQ）通过动态优先级平衡交互式任务和批处理任务的性能需求。”
四、内存管理
- “地址转换（Address Translation）将虚拟地址映射到物理地址，硬件（MMU）和操作系统（页表）协同完成。”
- “分页（Paging）解决内存碎片问题，但存在页表开销；TLB（快表）缓存常用映射以加速查询。”
- “页面置换算法：FIFO（简单但有Belady异常）、LRU（理想但实现代价高）、时钟算法（近似LRU）。”
五、并发与同步
- “临界区问题（Critical Section）的解决需满足互斥（Mutual Exclusion）、进步（Progress）和有限等待（Bounded Waiting）。”
- “锁（Lock）的实现方式：自旋（Spinlock，浪费CPU但低延迟）、阻塞（Blocking，节省CPU但上下文切换开销）。”
- “条件变量（Condition Variable）允许线程在条件不满足时睡眠，通过
wait()和signal()同步。”
六、持久化：文件与存储
- “文件系统是‘持久数据的虚拟化’，通过inode结构管理文件元数据（权限、块位置等）。”
- “崩溃一致性（Crash Consistency）问题：日志（Journaling）或写时复制（Copy-on-Write）保证磁盘状态正确。”
- “RAID技术通过冗余（如镜像、奇偶校验）提升磁盘可靠性和性能。”
七、分布式系统
- “分布式系统的挑战：部分失败（Partial Failure）、不可靠网络、时钟不同步。”
八、安全与隔离
- “用户态与内核态的隔离通过CPU特权级（Privilege Mode）实现，系统调用（Syscall）是唯一的合法入口。”
九、性能优化
- “局部性原理（Locality）是缓存设计的核心：时间局部性（重复访问）和空间局部性（邻近访问）。”
十、设计原则
- “好的系统设计遵循‘端到端原则’（End-to-End Argument）：核心功能应由最高层实现，底层仅提供通用支持。”