详解操作系统各章大题汇总(死锁资源分配+银行家+进程的PV操作+实时调度+逻辑地址->物理地址+页面置换算法+磁盘调度算法)

本文主要是介绍详解操作系统各章大题汇总(死锁资源分配+银行家+进程的PV操作+实时调度+逻辑地址->物理地址+页面置换算法+磁盘调度算法),希望对大家解决编程问题提供一定的参考价值,需要的开发者们随着小编来一起学习吧!

文章目录

  • 第三章:死锁资源分配图
    • 例一
    • 例二
  • 第三章:银行家算法
  • 第四章:进程的同步与互斥
  • 做题步骤
    • PV操作的代码
      • 小心容易和读者写者混
    • 1.交通问题(类似读者写者)
      • 分析
      • 代码
    • 2.缓冲区问题(第二个缓冲区是复制缓冲区)(答案看下面的.19)
      • 分析
      • 代码
    • 3.售票员问题(生产者消费者)(好好吃透,进程同步不在话下)
      • 分析
      • 代码
    • 4.水果盘进餐问题
    • 5.水果盘进餐拓展(见下面课后题20)
    • 6.仓库入库出库问题
    • 7.缓冲区问题
      • (1)尹老师单缓冲区但中间需要处理问题(三个信号量)
      • (2)课本单缓冲区,但缓冲区不需要处理(俩个信号量)
      • (3)双缓冲区问题(本质上是俩个单缓冲区)(四个信号量)
  • 课后习题讲解
    • 16.生产偶数奇数问题(只要有操作访问临界区,就得上锁之后解锁)
      • 分析
      • 代码
      • 总结
    • 17.销售服务问题(我认为最难的一道)
      • 分析
      • 代码
      • 总结
    • 18.单缓冲区问题(easy,但得注意答案格式)
    • 19.令我痛彻心扉的缓冲区问题
      • 分析
      • 代码
      • 总结
    • 20.可以放下五个水果的水果盘子问题
      • 分析
      • 代码
      • 拓展:如果妈妈进程负责生产橘子的话
      • 总结
    • 21.不会发生死锁的哲学家进餐问题
  • 考试真题汇总
    • 三个进程既是生产者又是消费者(未知年份)(难度五个星)
  • 第四章:实时调度
  • 第五章:利用逻辑地址计算物理地址
  • 做题步骤
    • 1.计算页表中块号的位数
      • 计算页号和页内地址(逻辑地址空间的格式)
      • 计算页表有多少项及至少(因为地址块不一定连续)页表项的位数
    • 2.给出逻辑地址和页表计算物理地址
    • 3.计算段表的逻辑地址与物理地址
  • 第六章:页面置换算法
  • 做题步骤
      • 1.OPT最佳页面置换算法
      • 2.FIFO先进先出页面置换算法
      • 3.LRU最近最久未使用页面置换算法(看横轴谁最长)
  • 第七章:磁盘调度算法
  • 做题步骤
    • 1.FCFS先来先服务
    • 2.SSTF最短寻道时间优先
    • 3.SCAN撞墙回头算法

第三章:死锁资源分配图

小插曲:也是关于死锁的一个题目

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做题原则:分配大于请求(包括进程本身自己也得遵守这个规则)

资源指向进程,是分配

进程指向资源,是请求

一句话:先把资源都分配了,再看我们进程想要的资源能否得到

例一

img

我们先分析线少的:对于P2来说,P2有一个,而且这个还是资源分配,一定可以删除

接着再看P1:P1先获得了R2,接着P1想请求R1,但是R1必须先给P3,此时还剩下一个R1,说明P1也可以删除

img

接着再看P3:R1给一个,R2给一个,那么P3直接高枕无忧了,随便去

最后P4,它就想要一个R2,而且也没有人和它抢,自然可以删除

img

例二

image-20231227214003142

我们先看P4:先获得R5,R4,这个是符合我们的优先分配的规则,之后再看P4能否请求到R3;R3给了P5一个,但是还剩下一个,所以P4可以走

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我们再看P5:先获得R3,再请求R5的时候没有人抢,自然P5也可以走了

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再看P3:R2给了P2,P3,这就导致P3再请求R2的时候,无法请求到,所以P3走不了

再看P2:R2给了P2,P2想要R1的时候,R1已经全部给了P1,无法请求到,所以P2走不了

再看P1:R1给了P1,R2给了P2和P3,所以P1想要R2的时候,无法请求到,所以P1走不了

第三章:银行家算法

  1. 计算当前可用资源量
  2. 写出全部进程的所需资源量 (MAX-Allocation=Need数组)
  3. 满足条件的,删除进程并且加上对其分配的资源量(不是加Max)(我们加的 本质上就是计算Need数组时候的被减数!
  4. 循环上述步骤
  5. 写安全序列的时候,遇到多个进程可删时,尽量满足从小到大或者从大到小的基本顺序走

image-20240101211839884


要点:

1.计算出我们拥有的可用资源

2.可用资源和每个进程的所需资源进行比较,不是和Max资源比较,而是和Max-Allocation进行比较(换句话讲,就是已经分配给一部分了)

3.我们回收资源的时候,一定是 Need + Allocation 数组才可以 而不是 Need + Available 数组 这样就大错特错了

而且要点三是最容易出问题的,有时候算的算的就走火入魔了! 上一个加的还是已分配资源量,下一个加的就是所需资源总量了

第四章:进程的同步与互斥

做题步骤

  1. 排列进程
  2. 分析进程自身与进程之间的关系
  3. 建立信号量对应某种资源
  4. 只要需要访问临界区,就得上锁!
  5. 前V后P 前后都指的是事件!

关于变量的初值:

信号量的初值为n,表示系统中共有n个资源

mutex的初值为n,表示临界资源共有n个

如果需要互斥访问临界区,那么需要互斥信号量=1

如果信号量小于0,那么信号量的绝对值就是当前阻塞队列当中进程的个数

关于书写方法:

写函数–>写动作–>观察是同步还是互斥书写PV操作

对我来说判断进程同步或者互斥的方法:

image-20231226094537099

对于生产者消费者来说,是进程同步,因为如果发生阻塞的话,只要有生产,就可以唤醒消费,这就是同步

对于读者写着来说,是进程互斥,但是有争议的地方就是,当只有一个读者的时候,如果此时写者来了,被阻塞,读者走后,看起来就像是读者唤醒的写者,二者不能说是一点同步关系也没有,间接来讲肯定是有的。现在我们看一种情况:如果有5个读者进程正在读取文件,又来了一个写者,写者被阻塞,此时走1个走2个走3个读者并不会唤醒写者,而是只有最后一个读者走了才可以唤醒写者,所以这并不是进程同步,而是进程互斥访问文件临界资源的体现(回看的时候,还得是我自己能给我解决问题啊!)

因为我分析同步的时候喜欢用前V后P,所以就有一种误区是只要可以用只有…才…就是进程同步,实则不然,二者没有必然联系

思考进程同步的时候,多考虑考虑极端情况,比如缓冲区为空,缓冲区为满,缓冲区为一个三种情况必须全部考虑清楚才可以答对题目

解题步骤:

注意事项:

  • 生产者消费者同步问题一定是先p(empty),p(full)才p(mutex),否则会发生死锁!
  • 对于生产者消费者这类型的同步问题,如果临界资源的大小是1,那么就不必为临界资源加上mutex(当然加上也很好的)
  • 分析俩个进程并发是否会产生死锁,可以通过A->B,B->A,A->B->A(过桥问题)这样三个操作来判断,基本上有没有问题就可以甄别出来了;对于生产者消费者的死锁,还得改变一下信号量的初始值,这样有利于分析

PV操作的代码

小心容易和读者写者混

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1.交通问题(类似读者写者)

有桥如下图所示,车流方向如箭头所示。

假设桥上不允许两车交会,但允许同方向多辆车依次通过(即桥上可有多个相同方向行驶的车辆),试用wait和signal操作实现桥上的交通管理

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分析

这个俩个互斥的问题,临界资源是我们的桥,一次只可以由一边通过,之前我有误区,我认为这个也存在同步关系,实则不然,二者完全是对临界资源的互斥访问,假设车向右走的时候,左车来了被阻塞,当右车走完左车被唤醒,这个看起来是右车唤醒的左车(我刚开始理解的),但是后来其实是右车将互斥资源放出来了,左车等的只是资源,和右车没有直接关系(间接多多少少有点,但不是同步)

这个题麻烦就麻烦在:左车和左车进程不互相阻塞,但是左车在的时候右车不可以来;反之

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所以这样是解决不了问题的,我们必须引入count变量,而且还得小心这个代码书过程中的进程阻塞问题(小心写反)

但是上面这个代码的意思是:每次只能有一辆车行驶

代码

经过分析,不难写下以下代码:

image-20231203123110632

这段代码是有死锁风险的!

尹老师回复如下:当左边车正在行走的时候,right第一个车来了,那么会阻塞在p(bridge_mutex),但是这个时候,mutex的值变成了0,左边车本来明明可以进去的,现在也被阻塞了,所以俩个mutex必须搞成不一样的才对!

为什么左右的第一行要用不同的mutex?

原因一:这俩个mutex的本质作用就是保护count变量,俩边的count不同,怎么可以用相同的mutex变量来互斥访问count?

原因二:会出现死锁!

信号量的初始值:

semaphore count_left=0;//通过左边汽车的数量

semaphore count_right=0;//右边汽车

semaphore left_mutex=1;//保护count left

semaphore right_mutex=1;

semaphore bridge_mutex=1;//临界资源 桥

标准答案:

image-20231203155038156

void left()
{p(left_mutex);if(count_left==0) p(bridge_mutex);count_left++;v(left_mutex);//过桥p(left_mutex);count_left--;if(count_left==0) v(bridge_mutex);v(left_mutex);
}
void right()
{p(right_mutex);if(count_right==0) p(bridge_mutex);count_right++;v(right_mutex);//过桥p(right_mutex);count_right--;if(count_right==0) v(bridge_mutex);v(right_mutex);
}

2.缓冲区问题(第二个缓冲区是复制缓冲区)(答案看下面的.19)

用wait、signal操作解决下图之同步问题提示:分别考虑对缓冲区S和T的同步,再合并考虑

image-20231203155728677

分析

这不妥妥的进程同步,而且进程同步的代码有个特点,就是对于一个信号量来说PV操作交叉

我认为这个题的难点在于==初始值的大小,不可以一味的全部设置为1,得分析后再得出结论==

而且容易想的简单,因为复制缓冲区进行的动作本质上是俩个!

代码

初始变量赋值:

semaphore sin=1;

semaphore sout=0;

semaphore tin=1;

semaphore tout=0;

为什么我感觉这种方法没有很好的保护process缓冲区呢??

image-20231203160434946

semaphore sin=1;
semaphore sout=0;
semaphore tin=1;
semaphore tout=0;
semaphore mutex=1;
void p(semaphore a)
{}
void v(semaphore a)
{}
void get()
{p(sin);//写入Sv(sout);
}
void process()
{p(sout);//放入局部缓冲v(sin);//处理ingp(tin);//给出去v(tout);
}
void put()
{p(tout);//取走v(tin);
}

3.售票员问题(生产者消费者)(好好吃透,进程同步不在话下)

为保证车辆行驶安全,售票员必须关好车门,然后通知司机启动车辆,在行驶过程中售票员不能打开车门

待车到站停稳后,司机通知售票员才能打开车门,如此不断重复。

分析

由于售票员关门,司机就可以开车;司机停下,售票员就可以开门,一对一直接可以影响不需要等到最后一个,所以这是同步关系

为此,须设置两个信号量S1,S2用来控制司机和售票员的行为,初值都为0

这个题的难点在于动作较多,能不能正确书写PV操作的位置,就必须使用我们的前V后P操作来书写:

只有停车才可以开门 只有关门才可以开车

则停车 v 开门 p 关门 v 开车 p

代码

初始值变量:

semaphore S1=0;

semaphore S2=0;

动作如下:

image-20231203162731573

ed026de7b2d81675fbee60b90162636

4.水果盘进餐问题

这个就是生产者消费者同步问题,而且临界资源大小为1,所以不需要加mutex(加上肯定不错)

770b3ce5c43d4af8730e7fa32369d80

e3cbad25dc984eedc0f38e051ae68dc

5.水果盘进餐拓展(见下面课后题20)

6.仓库入库出库问题

d50622d68305b2ae0495d0caaab6739

59d612e4074566be8978d2a01f13363

7.缓冲区问题

(1)尹老师单缓冲区但中间需要处理问题(三个信号量)

尹老师的这个单缓冲区内部还得对信息进行处理,否则无法被打印进程给取走的!

image-20231210175406794

semaphore Sget=1;

semaphore Sprocess=0;

semaphore Stransfer=0;

image-20231210180137331

(2)课本单缓冲区,但缓冲区不需要处理(俩个信号量)

image-20231210175717479

(3)双缓冲区问题(本质上是俩个单缓冲区)(四个信号量)

为什么我突然想把这三个整合在一起呢? 是因为我发现双缓冲区的第三个进程的最后生成的变量,与进程一无关,不禁让我引起思考:很明显,双缓冲区实则上是俩个单缓冲区的结合,最后一个进程和第一个进程并没有了直接的关系

image-20231204170928331

课后习题讲解

16.生产偶数奇数问题(只要有操作访问临界区,就得上锁之后解锁)

image-20231210180958491

分析

N个单元,那么mutex初始值为N

而且题目上也说,互斥使用!缓冲区是临界资源,想要互斥访问,就得写一个互斥信号量mutex=1,临界资源就必须得互斥访问!!!

put()送入缓冲区,表明put前后需要加上互斥信号量,因为是访问临界区

P2:getodd()countodd()都是在访问缓冲区,所以必须上锁

P3:geteven也是在缓冲区内,counteven统计偶数,缓冲区统计

本质上就是生产者消费者,有点像水果盘子一个父亲既给苹果又给橘子

注意我们这个时候已经没有了full变量,而是拆分成了俩个

代码

image-20231210180935577

总结

这个if else写的很妙 考试考出来一定得多加思考

你比如 题上和你说 我从缓冲区拿数字啦 统计数字啦 等等 就得把这些操作都放在锁里 这个是我最想说的心得!!!!!!!

17.销售服务问题(我认为最难的一道)

咬文嚼字:1个服务窗口 10个座位(seat=10)有空座位 则取号(取号时一次只有一个人 )

取号机是临界资源 seatnumber=1 互斥访问

一个同步关系:当营业员空闲 则叫顾客

image-20231204173112440

分析

寻找互斥(某个东西竞争使用)和同步(有一定的执行顺序)的关系:

取号机的使用是互斥

顾客取到号通知营业员是同步

营业员叫号顾客是同步

将俩个进程都写出来,对比着写,会更清楚一点

只有取到号,才可以叫号 这是一个同步关系 但是它为了简单,并没有写只有叫号才可以有顾客来这个操作,是为了简化

但是不知道为什么 它即使写出一个同步 也感觉非常的合理 这就是有点疑惑的地方 让我不经怀疑 是不是只有本身就是只有一个同步

和尹老师交流完之后,老师说这个题没有写成俩个同步,本意就是想要简化一下,只要逻辑通顺就是最好了

代码

信号量的设置:

image-20231204174726884

numget换成mutex也可以,因为只有一个人可以取号,是互斥信号量

seat是互斥信号量

custom是同步信号量,设置初始值为0(只有当取完号后,才可以通知营业员可以叫人了)

座位少了一个,人才可以多一个

人被叫走了,座位才可以多一个

取号 v(custom) p(custom) 叫号

image-20231204174714317

总结

关于座位和顾客的关系,就像盘子和苹果的问题,如果盘子中有苹果和橘子,那么我想访问盘子资源,那就是p(plate),当我拿走苹果之后,就是v(apple),盘子的数量减一,那么苹果的数量加一,并不是说PV是同一种资源,是俩种不同的资源,但是二者也会有关系

在这个题也是一样,empty和full是俩个不同的资源,能写成PV操作,正是因为少一个空的座位,就多一个顾客这样的逻辑

18.单缓冲区问题(easy,但得注意答案格式)

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19.令我痛彻心扉的缓冲区问题

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分析

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从分析缓冲区的箭头来说,一共有三个箭头,我就误以为需要三个信号量,但是再看看进程这边,发现是俩个信息,所以本质上我们需要的信号量是俩组

对于缓冲区1来说,P1生产,P2消费

对于缓冲区2来说,P2生产,P3消费

正是因为P2既是生产者又是消费者,所以内部代码才应该有俩组进程存在

而且缓冲区1和缓冲区2只可以存放一个记录,所以不需要mutex来保证临界资源的互斥,empty和full最大值不超过1就可以保证了

代码

信号量的初始化:

我们需要empty1=1,full1=0,empty2=1,full2=0

注意:P2进程的俩个P操作不可以颠倒,否则一定会死锁的,我们接收的是P1来的数据,所以一定得先p(full1)才可以,表明收到了P1发来的数据

image-20231204170928331

总结

本质上是俩组生产者消费者问题,注意好信号量的取值和pv操作的顺序即可

而且我感觉第二个缓冲区写出俩个P 再写俩个V 这样是为了更好的保护缓冲区2

20.可以放下五个水果的水果盘子问题

image-20231204172018595

咬文嚼字:5个水果 plate=5;盘子是临界资源 mutex=1;

分析

这个题本质上和16题是一样样的,消费者给生产者提供的是empty,但是由于消费者有俩个,所以生产者不可以单纯的提供一个full,而是通过if判断

而且由于此时水果盘是临界资源,所以我们需要加上mutex来进行互斥访问才可以的

代码

信号量初始值:

semaphore empty=5,orange=0,apple=0,mutex=1;

image-20231204172431988

拓展:如果妈妈进程负责生产橘子的话

b92679b6ff049e149e5fb3a10f6d1e0

8de8b60ae83558d058bb5f1741a26ad

总结

本题是生产者-消费者问题的变形,相当于一个能生产两种产品的生产者(爸爸)向两个消费者(儿子和女儿)提供产品的同步问题,因此,须设置两个不同的full信号量apple和orange,它们的初值均为0。

而且水果盘可以放几个水果,就直接修改empty的值就可以了!

21.不会发生死锁的哲学家进餐问题

image-20231210181457165

标准答案是采用了方法一:只允许四个哲学家同时进来拿筷子

设置一个SUM=4的值,给哲学家进餐代码前后加上 P(SUM) 和 V(SUM)即可!

诶哟 我服了 尹老师强调不可以多一个筷子 幸好听到了 要不然就寄了

考试真题汇总

三个进程既是生产者又是消费者(未知年份)(难度五个星)

image-20231203102741959

image-20231210184233462

image-20231210184241935

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image-20231210184304334

第四章:实时调度

LLF 和 EDF一共有俩个调度时机

image-20231228195633730

第五章:利用逻辑地址计算物理地址

做题步骤

  1. 画出页表的结构(页号 块号)
  2. 用逻辑地址 ➗ 页面大小(也就是我们的块大小) 得到结果 结果为页号 同时还有余数 余数为偏移量
  3. 观察页表,看页号对应哪一个块号 使用块号*页面大小(即块大小)+偏移量 = 物理地址

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1.计算页表中块号的位数

计算页号和页内地址(逻辑地址空间的格式)

首先必须声明一下,这都是逻辑的,和物理无关

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前一部分为页号P,后一部分为位移量W,即页内地址

页号:页的数量

页内地址:页的大小

计算页表有多少项及至少(因为地址块不一定连续)页表项的位数

有多少个页面,页表项就是多少,有32页,项就有32个,也就是说页表有32行,有32个页号

==计算页表项位数:==关键在于计算物理块有多少个 因为页表的存在本来就是一个块号对应一个物理块,那么想知道块号位数,算出有几个就好了

将页面(内存块)大小理解成内存的横轴

将块号理解成内存块的纵轴

长方形的面积=横轴*纵轴

长方形的面积=内存块大小

横轴=页面大小

纵轴=块号

块号是物理地址的纵轴,但它是页表的横轴

2.给出逻辑地址和页表计算物理地址

在这里插入图片描述

3.计算段表的逻辑地址与物理地址

在这里插入图片描述

不可想当然认为就是K =1000 这是非常致命的错误想法

第六章:页面置换算法

做题步骤

  1. 写出序列
  2. 确定内存块数
  3. 根据不同算法在每个序列数字下面画出对应的页面情况
  4. 缺页率=画出的页面/总序列个数

中断就是缺页 刚开始页面为空的时候也是中断


1.OPT最佳页面置换算法

这个算法的本质是淘汰以当前页面为基准向后找最后一个出现的

2.FIFO先进先出页面置换算法

上中下一个一个淘汰就好

3.LRU最近最久未使用页面置换算法(看横轴谁最长)

淘汰呆的时间长的 但是一定要小心更新 一旦更新虽然页表内容没有变化,但是这个被更新的数字变得活跃了!

难点:这里虽然是更新,但是更新的意思是==前面的时间一笔勾修,更新这一次也得记录入呆的时间中去!==

1 2 4 2 6 2 1 5 6 1 的LRU 缺页率

在这里插入图片描述

客官请看:在第六个序列的时候 2来了,此时是更新,但是也得写入6 2 4 只要写入,就会被记录一次时间,当到了第8个序列的时候,2本质上是已经呆了三个时间段了! 这里是我之前的盲区

第七章:磁盘调度算法

做题步骤

当计算SSTF 和 SCAN 的时候,建议把流程图画出来!尤其是SCAN 只要画出来图,寻道长度计算非常快!

对于SSTF SCAN 一定要对访问磁道进行排序!


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6d90e5923aa7c94983eff0c77a67152

ade256a464490cf62c8e054e66cc054

1.FCFS先来先服务

我特别想要强调的是:FCFS不会造成磁盘黏着!!!! 有且仅有这一个算法是这样的!

2.SSTF最短寻道时间优先

3.SCAN撞墙回头算法

这个是双向的,就是如果是100开始且递增的话,那么刚开始就是递增,等撞到南墙之后回来就是递减

这篇关于详解操作系统各章大题汇总(死锁资源分配+银行家+进程的PV操作+实时调度+逻辑地址->物理地址+页面置换算法+磁盘调度算法)的文章就介绍到这儿,希望我们推荐的文章对编程师们有所帮助!



http://www.chinasem.cn/article/656933

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1、简介 无感配网是指在设备联网过程中无需输入热点相关账号信息,即可快速实现设备配网,是一种兼顾高效性、可靠性和安全性的配网方式。 2、配网原理 2.1 通信原理 手机和智能设备之间的信息传递,利用特有的NAN协议实现。利用手机和智能设备之间的WiFi 感知订阅、发布能力,实现了数字管家应用和设备之间的发现。在完成设备间的认证和响应后,即可发送相关配网数据。同时还支持与常规Sof

【数据结构】——原来排序算法搞懂这些就行,轻松拿捏

前言:快速排序的实现最重要的是找基准值,下面让我们来了解如何实现找基准值 基准值的注释:在快排的过程中,每一次我们要取一个元素作为枢纽值,以这个数字来将序列划分为两部分。 在此我们采用三数取中法,也就是取左端、中间、右端三个数,然后进行排序,将中间数作为枢纽值。 快速排序实现主框架: //快速排序 void QuickSort(int* arr, int left, int rig

如何在页面调用utility bar并传递参数至lwc组件

1.在app的utility item中添加lwc组件: 2.调用utility bar api的方式有两种: 方法一,通过lwc调用: import {LightningElement,api ,wire } from 'lwc';import { publish, MessageContext } from 'lightning/messageService';import Ca

常用的jdk下载地址

jdk下载地址 安装方式可以看之前的博客: mac安装jdk oracle 版本:https://www.oracle.com/java/technologies/downloads/ Eclipse Temurin版本:https://adoptium.net/zh-CN/temurin/releases/ 阿里版本: github:https://github.com/