Lecture 28: 课程复习（Course Review）
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Lecture 28: 课程复习（Course Review）
概述
期末复习课：梳理三大主题（并发管理、内存管理、存储管理）的全部知识点，并提炼课程最重要的五条大思想（big ideas）：虚拟化、并发、原子性、局部性、分层。
知识地图（Lecture 28）
┌─ 并发管理 ─────────────────────────────────────────┐
│ 进程与线程: 创建、调度 │
│ 同步: 竞态/不一致, 锁/条件变量/monitor, 锁的实现 │
│ CPU调度: 时间片, round robin, 优先级 │
│ 死锁: 四条件(互斥/不可抢占/持有并等待/循环等待), │
│ 检测与预防(全局锁序) │
├─ 内存管理 ─────────────────────────────────────────┤
│ 链接: 静态与动态 │
│ 动态分配: 栈与堆, 悬垂指针/内存泄漏 │
│ 重定位: 静态/动态(基址界限, 分段, 分页) │
│ x86-64 页表, TLB, OS与地址空间, 碎片 │
│ 请求调页: 按需取页/预取, 置换(随机/FIFO/MIN/LRU/ │
│ 时钟/全局vs局部), 抖动 │
├─ 存储管理 ─────────────────────────────────────────┤
│ 磁盘: 机制/操作/中断/PIO/DMA │
│ 文件: 访问模式, inode, 块布局(连续/链表/多级索引/ │
│ FAT/Unix), 块大小权衡 │
│ 空闲空间: 链表/位图 │
│ 缓存: 块缓存, 延迟写 │
│ 磁盘调度: FIFO/SPTF/CSCAN │
│ 目录: 硬链接/符号链接 │
│ 崩溃恢复: fsck/有序写/预写日志 │
│ 闪存: FTL │
└───────────────────────────────────────────────────┘
期中截止: 链接/动态分配/静态与动态重定位(基址界限/分段/分页)
五条大思想（带走的核心）
- 虚拟化（Virtualization）：把一样东西变成另一样或许多个——CPU→线程、存储→文件、主存→地址空间（乃至整台机器→虚拟机）。
- 管理并发（Managing Concurrency）：同步是最难的部分——竞态、死锁、调度都源于”多个执行流共享资源”。
- 原子性（Atomicity）：让一组操作看起来不可分割——同步、文件系统一致性（事务/日志）都靠它。
- 局部性（Locality）：过去常能预测未来——调度（SRPT 近似）、TLB、分页（LRU/时钟）、文件缓存全部建立在此假设上。
- 分层（Layering）：用高层抽象隐藏底层细节——把难题解决掉，让其他人生活更美好。
后续课程建议（Lecture 28）
CS112（内核实现项目）、CS140E（OS 设计与实现）、CS240（OS 高级专题）、CS143（编译器）、CS144（计算机网络）、CS145（数据库）、CS244C（高级网络与分布式系统）。
思考题（总复习）
- 问题：用”虚拟化”一句话解释线程、文件、地址空间、虚拟机四个抽象。
- 答案：线程虚拟化 CPU（一个核变多个执行流）、文件虚拟化磁盘（块集合变命名字节序列）、地址空间虚拟化内存（物理内存变每进程私有虚拟空间）、虚拟机虚拟化整台机器（一台物理机变多台完整机器）。
- 问题：原子性在”锁”和”日志文件系统”中分别起什么作用？
- 答案：锁用原子操作（关中断/原子读改写）保证临界区互斥；日志文件系统用”事务”把一组日志条目变为原子单元（全有或全无），保证崩溃后文件系统一致。
- 问题：局部性如何同时解释 TLB、LRU 置换和磁盘调度？
- 答案：TLB 靠时间/空间局部性缓存翻译（命中率>95%）；LRU 用”过去最久未用=未来最久不用”预测替换；磁盘调度把请求按位置排序（SCAN/CSCAN）利用顺序访问局部性减少寻道——三者都是”过去预测未来”。