前言

计算机四级嵌入式主要考试的内容分为两个大部分：计算机组成与接口和操作系统原理

考点大纲每年不敢保证都一模一样，可以参考官网的考试大纲按需复习，但每年考来考去大差不差的都是那些东西。
官网网址：https://ncre.neea.edu.cn/html1/category/1507/899-1.htm

2025年的考试大纲如下所示：

我会按照该大纲的顺序将整理出来的知识点一章一章整理出来，都放在这个专栏中，希望能够帮助各位准备考试的同学能够顺利通过！

第三章 进程线程模型学习笔记

一、系统分类及核心指标

（一）批处理系统

1. 核心指标：吞吐量、周转时间、CPU利用率。

   1. 吞吐量：系统每小时完成的作业数量，高吞吐量是核心追求之一。

   2. CPU利用率：常用于批处理系统的度量。

2. 优点：作业流程自动化程度高，资源利用率高，作业吞吐量大，减少周转时间，提升整个系统效率。

（二）交互式系统（含分时系统、服务器）

1. 核心指标：最小响应时间、均衡性。

   1. 最小响应时间：从发出命令到得到响应之间的时间，是最重要的指标。

（三）实时系统

1. 核心特点：调度需或多或少满足截止时间要求。

二、调度算法

（一）各类系统适用的调度算法

1. 批处理系统常用：先来先服务、最短作业优先、最短剩余时间优先、响应比最高者优先。

2. 分时系统常用：时间片轮转、多级反馈队列。

3. 交互式操作系统常用：多级反馈队列、时间片轮转、高优先级优先。

4. 实时系统常用：静态或动态调度算法，主要包括速率单调调度算法、最早最终时限优先调度算法。

（二）主要调度算法详情

1. 先来先服务

   1. 调度方式：非抢占式。

   2. 调度逻辑：进程按照请求CPU的顺序使用CPU。

   3. 适用场景：作业调度。

   4. 特点：算法简单，对先到的进程公平，不考虑进程下一个CPU周期长短及其他因素。

   5. 示例：作业A（到达时间0，运行时间8）、B（到达时间0，运行时间4）、C（到达时间0，运行时间4）、D（到达时间4，运行时间4），运行顺序为A→B→C→D，周转时间分别为8、12、16、20，平均周转时间14。

2. 最短作业优先

   1. 调度方式：非抢占式。

   2. 调度逻辑：调度程序按照作业运行时间长度安排CPU使用，优先调度运行时间最短的作业。

   3. 适用场景：作业调度。

   4. 示例：作业A（运行时间8）、B（运行时间4）、C（运行时间4）、D（运行时间4），运行顺序为B→C→D→A，周转时间分别为4、8、12、20，平均周转时间11。

3. 最高优先级算法

   1. 调度逻辑：根据进程的优先级数决定调度顺序。

   2. 适用场景：作业调度。

4. 多级反馈队列

   1. 调度逻辑：综合先进先出调度算法、时间片轮转算法和可抢占式最高优先级算法。

   2. 适用场景：队列调度，是实际系统中常用的结合型调度算法。

5. 时间片轮转

   1. 调度逻辑：将CPU处理时间划分成一个个时间片，就绪队列中的进程轮流运行一个时间片；时间片结束时，强迫当前进程让出CPU，进入就绪队列等待下一次调度。

   2. 适用场景：分时系统。

   3. 影响时间片设置的因素：系统响应时间、就绪进程的数目、计算机的处理能力。

三、多道程序设计环境特点

1. 独立性：各程序相对独立运行。

2. 随机性：程序的启动、执行时机等具有随机性。

3. 资源共享性：多个程序共享系统资源。

四、可再入程序

1. 定义：由可重入代码组成，可安全并行执行，运行过程中可再次载入内存并执行。

2. 特点：

   1. 纯代码形式，执行过程中不可修改。

   2. 调用它的进程需提供属于自身的数据区。

五、进程相关

（一）进程的组成

由指令、数据和进程控制块（PCB）三部分组成。

（二）进程的特性

1. 并发性：多个进程同时处于运行或就绪状态。

2. 动态性：进程是程序的执行过程，有生命周期（创建、运行、结束等）。

3. 独立性：是相对完整的资源分配单位。

4. 交往性：进程之间可能存在相互协作或竞争关系。

5. 异步性：每个进程按各自独立、不可预知的速度向前推进。

（三）七状态进程模型

1. 状态划分：在传统就绪、阻塞状态基础上，新增就绪挂起、阻塞挂起状态，共七个状态（创建、就绪、运行、阻塞、就绪挂起、阻塞挂起、退出）。

2. 新增状态的好处：

   1. 提高处理机效率：就绪进程表为空时，空闲内存可提交新进程。

   2. 为运行进程提供足够内存：资源紧张时，可将部分进程对换至外存。

   3. 有利于调试：挂起被调试进程，方便读写其地址空间。

3. 状态转换核心规则：

   1. 挂起：将进程从内存转至外存。

   2. 就绪→就绪挂起：系统内存不足时，暂时将就绪进程保存到外存。

   3. 阻塞→阻塞挂起：进程长期阻塞时，暂时保存到外存。

   4. 就绪挂起状态：进程在外存，进入内存即可运行。

   5. 阻塞状态：进程在内存，等待某事件出现（如I/O操作完成、同步条件满足）。

   6. 运行→阻塞：进程需等待某个事件（申请系统服务、启动操作、新数据未到、无新工作可做等）。

   7. 运行→就绪：时间片超时等情况。

   8. 就绪→运行：调度程序分配CPU。

（四）进程控制原语

1. 主要原语：创建进程、撤销进程、挂起进程、激活进程、阻塞进程、唤醒进程、改变进程优先级等。

2. 进程创建过程：

   1. 申请空白PCB。

   2. 为新进程分配资源。

   3. 初始化进程控制块。

   4. 将新进程插入就绪队列（若队列可接纳）。

3. 挂起方式：

   1. 调用者自身挂起（自挂起）。

   2. 挂起指定标识符的进程。

   3. 挂起指定标识符及其全部或部分子孙进程（需保存进程PCB副本至内存区）。

4. 状态转换原语：使进程从阻塞态转换为挂起态的原语是suspend()。

（五）进程控制块（PCB）

1. 组织方式：线性方法、索引方法、链接方法。

2. 核心内容：

   1. 调度信息：供进程调度使用，包括进程名、进程号、存储信息、优先级、当前状态、资源清单、“家族”关系、消息队列指针、进程队列指针、当前打开文件等。

   2. 现场信息：刻画进程运行情况，记录可能被其他进程改变的寄存器（如程序状态字、时钟、界地址寄存器等）。

（六）程序并发执行特性

1. 相互制约关系：并发程序执行期间存在依赖或竞争。

2. 程序与计算不一一对应：一个程序可对应多个计算过程（进程）。

3. 执行结果不可再现：相同输入可能因执行顺序不同导致不同输出。

（七）单核处理机进程状态数量限制

1. 运行态进程：至多1个，最少0个。

2. 就绪态进程：至多19个。

3. 阻塞态进程：最多20个（系统发生死锁时，所有进程可能全部阻塞）。

（八）地址重定位

1. 触发场景：用户程序请求执行时，存储管理为其分配合适内存空间。

2. 核心目的：将程序中的逻辑地址转换为内存绝对地址，保证程序正确执行。

六、线程相关

（一）线程的资源特性

线程自身基本不拥有系统资源，仅拥有运行必需的少量资源（如程序计数器、一组寄存器、栈）。

（二）线程描述表

记录的私有信息：线程ID、指令地址寄存器、处理器寄存器、硬件设备寄存器、栈现场状态等。

（三）线程实现机制

1. 用户级线程。

2. 内核级线程。

3. 混合实现方式。

七、响应比计算

响应比公式：