内核、进程和线程---操作系统
操作系统
操作系统位于用户程序和硬件之间，通过系统调用提供接口可以让应用程序去使用硬件，但是硬件资源的管理和安全控制由操作系统负责。
用户空间和内存空间
在计算机系统中，内存可以分为两大区域：内核空间（Kernel Space）和用户空间（User Space）。
- 内核空间，是 操作系统内核代码及其运行时数据结构所在的内存区域，拥有对系统所有资源的完全访问权限，如进程管理、内存管理、文件系统、网络堆栈等。
- ⽤户空间，是 操作系统为应用程序（如用户运行的进程）分配的内存区域，用户空间中的进程不能直接访问硬件或内核数据结构，只能通过系统调用与内核通信。
- 当程序 使⽤⽤户空间 时，我们常说该程序在 ⽤户态 执⾏，⽽当程序 使内核空间 时，程序则在 内核态 执⾏。
- 内核态（Kernel Mode）：在内核态下，CPU可以执行所有的指令和访问所有的硬件资源。这种模式下的操作具有更高的权限，主要用于操作系统内核的运行。
- 用户态（User Mode）：在用户态下，CPU只能执行部分指令集，无法直接访问硬件资源。这种模式下的操作权限较低，主要用于运行用户程序。
进程和线程
进程上下文切换
上下文切换是操作系统在多任务处理环境中，将 CPU 从一个进程切换到另一个进程的过程。
- 保存当前进程的上下文：操作系统保存当前进程的 CPU 寄存器，程序状态等关键信息。
- 程序计数器（PC）：保存当前指令的地址，比如指向 Fibonacci 计算的下一条指令（假设是 ADD R1, R2）。
- 栈指针（SP）：记录进程 A 的栈顶位置，可能指向保存局部变量的内存地址。
- 通用寄存器（R0, R1, R2 等）：比如 R1 保存当前计算的 Fibonacci 值（如 13），R2 保存前一个值（如 8）。
- 状态寄存器（PSR）：记录 CPU 的状态（如是否溢出、当前特权级别等）。
- 除了寄存器，操作系统还会保存其他关键信息到 PCB
- 进程 A 的状态（从“运行”变为“就绪”）。
- 当前使用的内存页表地址（确保恢复时能访问正确的内存）。
- 打开的文件描述符（如果有）。
进程的上下文切换不仅包含了虚拟内存、栈、全局变量等用户空间的资源，还包括了内核堆栈、寄存器等内核空间的资源
进程调度算法
多个进程竞争 CPU，CPU怎么分配？
进程之间的通信
进程是独立的执行实体，拥有独立的地址空间，因此进程间通信需要通过操作系统提供的机制跨越地址空间的隔离。
常见方式包括：
用户线程和内核线程
- 用户线程：由用户态的线程库（如 POSIX Pthreads 的某些实现）管理，操作系统内核并不直接感知这些线程。
- 内核线程：内核直接管理，拥有独立的线程控制块（TCB），可以被内核调度。
- 用户线程和内核线程的映射：1:1，N:1；N:M。因为多核 CPU现在Linux和Windows采用 1:1 模型。
线程切换
线程切换比进程切换快是因为线程共享同一进程的地址空间和资源，线程切换时只需切换堆栈和程序计数器等少量信息，而不需要切换地址空间，避免了进程切换时需要切换内存映射表等大量资源的开销，从而节省了时间和系统资源 。
线程通信
线程通信—java
死锁四个条件
- 互斥
- 持有并等待
- 不可剥夺
- 环路等待
破除死锁只需要消灭一个条件
银行家算法分配资源
银行家算法的核心思想，就是在分配给进程资源前，首先判断这个进程的安全性，也就是预执行，判断分配后是否产生死锁现象。
就是看 一套流程下来是不是都能满足“剩余需求是不是小于可用资源”。