📘 操作系统学习指南 — 详细学习路线规划¶

第 1 周：基础概念（12 小时）
├── Day 1-2：操作系统概述
├── Day 3-5：进程与线程
├── Day 6：IPC 机制
└── Day 7：阶段复习 + 自测

第 2 周：核心算法（14 小时）
├── Day 8-9：CPU 调度算法
├── Day 10-12：进程同步与互斥
├── Day 13：经典同步问题
└── Day 14：阶段复习 + 自测

第 3 周：深入专题（14 小时）
├── Day 15-16：死锁
├── Day 17-19：内存管理与虚拟内存
├── Day 20：页面置换算法
└── Day 21：阶段复习 + 自测

第 4 周：综合冲刺（12 小时）
├── Day 22-23：文件系统与 I/O
├── Day 24-25：综合真题演练
├── Day 26-27：面试模拟
└── Day 28：查漏补缺 + 最终复习

□ 操作系统的定义（资源管理者 + 抽象机器）
□ OS 发展：批处理 → 分时 → 实时 → 微内核 → 混合内核
□ OS 五大功能：进程管理、内存管理、文件管理、I/O管理、用户接口
□ 内核态 vs 用户态：Ring 0 / Ring 3，特权级切换机制
□ 中断类型：硬中断、软中断、trap、fault、abort
□ 系统调用流程：用户态 → trap → 内核态 → 执行 → 返回用户态
□ 进程定义：程序的一次执行实例
□ PCB 包含：PID、状态、PC、寄存器、内存指针、打开文件表...
□ 五状态模型：新建 → 就绪 → 运行 → 阻塞 → 终止
□ fork 工作原理：复制父进程地址空间，返回两次
□ 线程 vs 进程：资源分配 vs CPU 调度的基本单位
□ 用户级线程 vs 内核级线程：优缺点对比
□ 线程模型：1:1（Linux NPTL）、N:1、M:N（Go goroutine）
□ 协程特点：用户态调度、协作式、轻量级
□ 六种 IPC：管道、命名管道、消息队列、信号量、共享内存、Socket

□ 调度评价指标：CPU 利用率、吞吐量、周转时间、等待时间、响应时间
□ FCFS：先来先服务，非抢占，简单但有护航效应
□ SJF/SRTF：最短作业优先，平均等待时间最优，但有饥饿问题
□ 优先级调度：静态/动态优先级，可能导致优先级反转
□ RR：时间片轮转，公平但时间片大小影响性能
□ 多级队列：不同队列不同调度策略
□ MLFQ：多级反馈队列，兼顾响应时间和吞吐量
□ CFS：完全公平调度器，vruntime + 红黑树 + nice 值权重
□ 实时调度：EDF（最早截止时间优先）、RM（速率单调调度）
□ 临界区四条件：互斥、有限等待、空闲让进、让权等待
□ Peterson 算法：两个变量 flag[] + turn，软件互斥方案
□ 硬件方案：TSL、CAS、FAA
□ 信号量：P（wait/down）减 1，V（signal/up）加 1
□ 互斥锁：二值信号量的特殊情况
□ 条件变量：wait + signal/broadcast
□ 管程：封装共享数据 + 条件变量，高级同步原语
□ 生产者消费者：empty + full + mutex 三个信号量
□ 读者写者：读者优先 / 写者优先 / 公平方案
□ 哲学家就餐：5种解法（限制数量/奇偶/资源排序...）
□ 理发师问题：信号量协调服务者和等待者

□ 死锁四必要条件：互斥、占有并等待、非抢占、循环等待
□ 资源分配图：进程节点、资源节点、请求边、分配边
□ 死锁预防：分别破坏四个条件的方法
□ 银行家算法：Available/Max/Allocation/Need 矩阵，安全序列
□ 死锁检测：类似银行家但不需 Max 矩阵
□ 死锁恢复：进程终止（全部/逐个）、资源抢占
□ 活锁 vs 饥饿 vs 死锁的区别
□ 逻辑地址 vs 物理地址
□ 连续分配：首次适应 / 最佳适应 / 最差适应
□ 分页：页号 + 页内偏移，页表实现
□ 分段：段号 + 段内偏移，段表实现
□ 段页式：先分段再分页
□ 虚拟内存：按需调页、缺页中断处理流程
□ TLB：快表，加速地址翻译
□ 多级页表：减少页表占用内存
□ 页面置换：OPT（理论最优）、FIFO（Belady 异常）、LRU、Clock
□ Thrashing：抖动现象，工作集模型
□ 内存映射文件：mmap

□ 文件分配：连续分配 / 链接分配 / 索引分配
□ inode 结构：直接块 + 一级间接 + 二级间接 + 三级间接
□ FAT 文件系统：文件分配表
□ 目录实现：线性列表 / 哈希表
□ 文件系统一致性：日志文件系统（Journaling）
□ I/O 控制方式：程序查询 / 中断驱动 / DMA / 通道
□ 磁盘结构：柱面 / 磁道 / 扇区
□ 磁盘调度：FCFS / SSTF / SCAN / C-SCAN / LOOK / C-LOOK
□ 缓冲策略：单缓冲 / 双缓冲 / 循环缓冲 / 缓冲池
□ RAID 级别：RAID 0/1/5/6/10
□ 综合题型：跨章节综合分析

初级 ─────────────► 中级 ─────────────► 高级
│                    │                    │
│ 方法：             │ 方法：             │ 方法：
│ · 看书理解概念     │ · 手算算法题       │ · 阅读 Linux 源码
│ · 画图帮助记忆     │ · 写同步代码       │ · 做 xv6/uCore Lab
│ · 做选择/判断题    │ · 做综合计算题     │ · 面试模拟+设计题
│                    │ · 面试概念题准备   │ · 技术博客输出
│                    │                    │ · 项目实战
│ 阶段时长：1周      │ 阶段时长：2周      │ 阶段时长：持续

岗位描述：
  开发操作系统内核、驱动程序、系统工具等底层软件

技能要求：
  [核心] C/C++、操作系统原理、Linux 内核
  [进阶] 驱动开发、性能调优、汇编语言
  [加分] RTOS、嵌入式系统

薪资范围：20K-50K/月（一线城市）
代表公司：华为(鸿蒙)、龙芯、中兴、阿里(龙蜥OS)

岗位描述：
  开发和维护虚拟化平台、容器引擎、云操作系统

技能要求：
  [核心] 操作系统原理、Linux、虚拟化技术(KVM/Xen)
  [进阶] 容器技术(Docker/K8s)、网络虚拟化、存储虚拟化
  [加分] 分布式系统、cgroup/namespace

薪资范围：25K-60K/月（一线城市）
代表公司：阿里云、腾讯云、华为云、字节跳动

岗位描述：
  开发高并发、高可用的后端服务

技能要求：
  [核心] Java/Go/C++、操作系统原理、计算机网络
  [进阶] 并发编程、分布式系统、数据库
  [加分] 性能调优、消息队列

薪资范围：20K-50K/月（一线城市）
代表公司：几乎所有互联网公司

岗位描述：
  开发嵌入式系统和实时操作系统(RTOS)上的应用

技能要求：
  [核心] C语言、操作系统原理、RTOS(FreeRTOS/RT-Thread)
  [进阶] 硬件接口(SPI/I2C/UART)、ARM 架构
  [加分] Linux 驱动开发

薪资范围：15K-40K/月（一线城市）
代表公司：大疆、海康威视、中兴、小米（IoT部门）

岗位描述：
  操作系统安全、漏洞挖掘、逆向工程

技能要求：
  [核心] 操作系统原理、C/C++/汇编、安全机制
  [进阶] 漏洞分析、逆向工程、Exploit 开发
  [加分] 内核安全、Fuzzing

薪资范围：25K-60K/月（一线城市）
代表公司：360、奇安信、腾讯安全、阿里安全

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│              每日学习流程                  │
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│                                          │
│  1. 回顾（10min）                         │
│     └── 回忆昨天学的内容，尝试口述关键点    │
│                                          │
│  2. 预习（10min）                         │
│     └── 快速浏览今天要学的章节标题和图表    │
│                                          │
│  3. 精读（60-90min）                      │
│     └── 仔细阅读教材，做标注和笔记         │
│     └── 遇到不理解的立即查阅补充资料       │
│                                          │
│  4. 练习（30-45min）                      │
│     └── 做配套习题 / 手算算法 / 写代码      │
│     └── 错题标记，分析错误原因             │
│                                          │
│  5. 总结（15min）                         │
│     └── 整理今天的知识要点                 │
│     └── 画今天学内容的知识图谱             │
│     └── 写下 3 个可能的面试问题            │
│                                          │
│  6. 复盘（5min）                          │
│     └── 今天学了什么？                    │
│     └── 什么地方还不清楚？                │
│     └── 明天要学什么？                    │
│                                          │
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操作系统学习核心方法论：

1. 理解 > 记忆：每个设计决策都有"为什么"
2. 画图 > 文字：状态图、流程图、矩阵是最好的工具
3. 代码 > 理论：写代码验证比只看书有效 10 倍
4. 体系 > 碎片：构建跨章节的知识关联网络
5. 练习 > 被动阅读：做题是检验理解的唯一标准
6. 迭代 > 一遍过：至少过三遍，每遍有不同的深度