??? 漫畫操作系統原理

?? 學習目標：深入理解操作系統核心原理，為Java并發編程和性能優化打下堅實基礎

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?? 第一章：操作系統初識篇

?? 什么是操作系統？

想象一下，你是一個大型圖書館的館長…

?? 沒有操作系統 vs 有操作系統沒有操作系統：
讀者1 → 直接找書架 ← 讀者2↘     ↙發生沖突！有操作系統：
讀者1 → 圖書管理系統 → 有序分配 → 書架1
讀者2 → 圖書管理系統 → 有序分配 → 書架2
讀者3 → 圖書管理系統 → 排隊等待 → 書架?操作系統的核心職責：
? 資源管理：CPU、內存、磁盤、網絡
? 進程調度：決定哪個程序先運行
? 內存管理：為程序分配和回收內存
? 文件管理：統一的文件存儲接口
? 設備管理：統一的硬件訪問接口

?? 操作系統特性：

• 并發性：同時處理多個任務
• 共享性：多個程序共享系統資源
• 虛擬性：為每個程序提供獨立的虛擬空間
• 異步性：程序執行順序不可預知

??? 操作系統架構

??? 操作系統分層架構：┌─────────────────────────────────────┐
│           用戶應用程序               │ ← 用戶態
├─────────────────────────────────────┤
│           系統調用接口               │ ← 內核態邊界
├─────────────────────────────────────┤
│  進程管理 │ 內存管理 │ 文件管理     │
├─────────────────────────────────────┤ ← 內核態
│  設備管理 │ 網絡管理 │ 安全管理     │
├─────────────────────────────────────┤
│            硬件抽象層               │
└─────────────────────────────────────┘硬件層

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?? 第二章：進程與線程管理

?? 進程基礎概念

?? 進程生命周期：創建 → 就緒 → 運行 → 阻塞 → 終止↑      ↓      ↓      ↑└──────┴──────┴──────┘進程狀態轉換：
? 創建→就緒：進程創建完成，等待CPU
? 就緒→運行：獲得CPU時間片
? 運行→阻塞：等待I/O或其他資源
? 阻塞→就緒：所需資源到位
? 運行→就緒：時間片用完
? 運行→終止：進程執行完畢進程控制塊(PCB)：
┌─────────────────┐
│ 進程ID(PID)     │
│ 進程狀態        │
│ CPU寄存器       │
│ 內存管理信息    │
│ 文件描述符      │
│ 調度信息        │
└─────────────────┘

?? 線程深度解析

?? 進程 vs 線程對比：進程（重量級）：
┌─────────────────┐
│ 進程A           │
│ ┌─────┐ ┌─────┐ │
│ │線程1│ │線程2│ │
│ └─────┘ └─────┘ │
│ 獨立內存空間    │
└─────────────────┘線程（輕量級）：
? 共享進程內存空間
? 擁有獨立的棧和寄存器
? 創建開銷小，切換快
? 通信簡單但需要同步線程實現模型：
1. 用戶級線程：內核不感知，效率高但無法利用多核
2. 內核級線程：內核管理，可利用多核但開銷大
3. 混合模型：結合兩者優勢

?? 進程調度算法

?? CPU調度算法詳解：1. 先來先服務(FCFS)：進程: A(24) → B(3) → C(3)時間: 0────24──27─30平均等待時間: (0+24+27)/3 = 172. 最短作業優先(SJF)：進程: B(3) → C(3) → A(24)時間: 0─3──6────30平均等待時間: (0+3+6)/3 = 33. 時間片輪轉(RR)：時間片=4，進程隊列: A(24),B(3),C(3)A(4) → B(3) → C(3) → A(4) → A(4) → A(4) → A(4) → A(4)4. 優先級調度：┌─────────────────┐│ 優先級隊列      ││ 高 ┌─────┐     ││ ↑  │進程A│     ││ │  └─────┘     ││ │  ┌─────┐     ││ │  │進程B│     ││ │  └─────┘     ││ 低 ┌─────┐     ││    │進程C│     ││    └─────┘     │└─────────────────┘

?? 進程同步與通信

?? 進程同步機制：1. 互斥鎖(Mutex)：```javasynchronized(lock) {// 臨界區代碼共享資源訪問}

2. 信號量(Semaphore)：

   Semaphore semaphore = new Semaphore(3); // 允許3個線程
   semaphore.acquire(); // P操作，獲取資源
   try {// 使用資源
   } finally {semaphore.release(); // V操作，釋放資源
   }
   

3. 條件變量(Condition)：

   ReentrantLock lock = new ReentrantLock();
   Condition condition = lock