操作系统基础

操作系统是管理计算机硬件与软件资源的计算机程序，同时也是计算机系统的内核与基石。

进程管理

进程与线程

进程与线程的基本概念

• 进程（Process）：是操作系统进行资源分配和调度的基本单位，每个进程都有独立的内存空间。
• 线程（Thread）：是CPU调度和分派的基本单位，线程共享所属进程的资源。

在Java中：

• 一个JVM实例就是一个进程
• Java线程是映射到操作系统的原生线程上的
• 通过java.lang.Thread类可以创建和管理线程

进程调度

常见的进程调度算法

1. 先来先服务（FCFS）：按照进程到达的先后顺序进行调度
2. 短作业优先（SJF）：优先调度运行时间短的进程
3. 优先级调度：Java线程的优先级（1-10）就是基于此实现
4. 时间片轮转：多线程并发执行的基础
5. 多级反馈队列：结合多个队列的优势

进程通信

进程间通信（IPC）的主要方式：

• 管道（Pipe）：用于父子进程间通信
• 消息队列：进程间传递格式化数据
• 共享内存：多个进程共享同一块内存空间
• 信号量：用于进程同步和互斥
• Socket：网络通信的基础

Java中的进程通信主要通过Socket或者借助中间件实现。

内存管理

内存管理基础

内存管理的主要功能

1. 内存分配与回收：与Java的堆内存管理类似
2. 地址转换：虚拟地址到物理地址的映射
3. 内存保护：进程间内存隔离
4. 内存共享：共享内存段

虚拟内存

虚拟内存的重要性

• 让物理内存扩充成更大的虚拟内存
• 提供内存隔离，保护进程地址空间
• 在Java中，堆内存的动态扩展机制也是基于虚拟内存实现的

页面置换算法

常见的页面置换算法：

• 最佳置换算法（OPT）：理论最优，实际无法实现
• 最近最少使用（LRU）：置换最长时间未使用的页面
• 先进先出（FIFO）：置换最早进入内存的页面

JVM的垃圾回收算法在设计时也参考了这些经典算法。

文件系统

文件管理

文件系统的主要功能

1. 文件存储：数据的物理组织
2. 目录管理：文件的逻辑组织
3. 文件共享：多用户访问控制
4. 文件保护：访问权限控制

Java的File类和NIO包提供了对文件系统的访问接口。

磁盘调度

常见的磁盘调度算法：

• 先来先服务（FCFS）：按请求顺序访问磁盘
• 最短寻道时间优先（SSTF）：优先访问最近的磁道
• 扫描算法（SCAN）：电梯算法，双向扫描磁道

I/O管理

I/O控制方式

I/O控制的主要方式

1. 程序直接控制：CPU轮询等待I/O完成
2. 中断驱动：I/O完成时通过中断通知CPU
3. DMA方式：直接内存访问，减少CPU干预
4. 通道控制方式：专门的I/O处理器

Java的NIO（New I/O）就是基于操作系统的非阻塞I/O实现的。

设备管理

操作系统对设备管理的主要任务：

• 设备的分配与回收
• 设备驱动程序管理
• 设备独立性保证

Linux系统基础

系统调用

重要的系统调用

• 进程控制：fork、exec、wait等
• 文件操作：open、read、write等
• 设备操作：ioctl等
• 信息维护：getpid、alarm等
• 通信：pipe、shmget等

Java通过JNI（Java Native Interface）间接使用这些系统调用。

文件权限

Linux文件权限的基本概念：

• 读（r）、写（w）、执行（x）权限
• 用户（u）、组（g）、其他（o）的权限分配
• 权限的数字表示方式

Java开发中的应用

1. 在部署Java应用时需要正确设置文件权限
2. 使用java.nio.file.attribute包可以操作文件权限
3. 容器化部署时需要特别注意权限问题