操作系统导论

操作系统的发展过程

1. 未配置操作系统的计算机

   1. 人工操作方式

   程序员将事先已穿孔的纸带，装入纸带输入机，然后将纸带上的程序输入计算机，然后让计算机运行这些程

   1. 脱机输入输出方式
2. 单道批处理系统

吧一批作业以脱机的形式输入到磁带上，一个接一个的处理，在内存中始终只保持一道作业

1. 多道批处理系统

吧用户的作业放在外存中，并排成一个队列，然后作业调度程序按照一定的算法，从队列中选若干个祖业调入内存，使他们共享CPU和系统中的各种资源，这样可以在运行程序A时，利用其IO做操而暂停执行的CPU空挡时间，再调度一道程序B运行

1. 分时系统

在一台主机上连接了多个终端组成的系统，多个用户可以通过自己的终端，以交互的方式使用计算机，并共享主机的资源

1. 实时系统（Real Time System）

指系统能即时响应外部事件的请求，在规定时间内完成对该事件的处理，并控制所有实时任务协调一致的运行。

操作系统的基本特性

1. 并发

   1. 并发和并行。并行性是指两个或多个事件在同一时刻发生，而并发性是指两个或多个事件在同一时间间隔内发生
   2. 引入进程。在没有进程的系统中，同一个应用程序的计算程序和IO程序只能顺序执行，也就是只有在计算程序之行告一段落后才允许IO程序执行。

   但是为计算程序和IO程序分别建立一个进程后，这两个进程便可以并发执行。

   1. 进程。指在系统中能独立运行并作为资源分配的基本单位，是由一组机器指令、数据、堆栈组成的。
2. 共享

是指系统中的资源可供多个并发执行的进程共同使用。主要有两种资源共享的方式：

1. 虚拟

通过某种技术将一个物理实体变成若干个逻辑上的对应物的功能。前者是实际存在的，后者是用户感觉上的东西，OS中主要用时分复用和空分复用实现虚拟。

1. 异步

对于内存中的每个进程，何时能获得处理机运行？何时又因提出某种资源请求而暂停？进程以怎样的速度向前推进？这些都是不可预知的。也就是说进程是以不可预知的速度向前推进的，即进程的异步性。

操作系统的主要功能

1. 处理机管理（合理的给CPU分配任务）

   1. 进程控制

   在多道程序的环境下为使作业能并发执行，必须为没到作业创建一个或几个进程，并为之分配资源，当进程运行结束，应立即撤销该进程

   1. 进程同步

   进程同步机制能使多个进程有条不紊的运行。该机制主要作用就是为多个进程（含线程）的运行进行协调。常用的协调方式：

2. 1. 进程互斥方式，指进程在对临界资源访问时，应采用互斥方式
   2. 进程同步方式，指在相互合作去完成同步任务的进程间，由同步机构对他们的执行次序加以协调

   实现进程互斥的机制是为每个临界资源加一把锁W，当锁打开时，可以对该资源访问。实现进程同步最常用的机制是信号量机制

1. 进程通信

当有一组相互合作的进程去完成一个共同任务时，在他们之间往往需要交换信息。

当和做的进程处于同一计算机时，一般采用直接通信方式。由源程序直接将消息挂到目标进程的消息队列，以后由目标进程利用接收命令从其消息队列中取出消息

1. 调度

   1. 作业调度，从后备队列中按照一定的算法选择若干个作业，为其分配所需的资源，将作业调入内存后，分别为他们建立进程
   2. 进程调度，从进程的就绪队列中按照一定的算法选出一个进程并执行

3. 存储器管理（进行内存分配，内存回收，地址映射）

   1. 内存分配

   内存分配主要任务是，为每道程序分配内存空间，减少不可用的内存碎片，允许正在运行的程序申请内存空间

   OS内存分配的两种方式：

   • 静态内存分配。作业的内存空间在装入时就已经确定，在作业装入后运行过程中不允许申请新的内存空间，也不允许作业在内存中移动
   • 动态分配。作业的内存空间在装入时虽然确定，但在作业装入后运行过程中允许申请新的内存空间，以适应程序和数据动态增长，允许作业在内存中移动

4. 设备管理

   1. 完成进程提出的IO请求，为进程分配IO设备
   2. 提高CPU和IO设备的工作率）
5. 文件管理

对用户文件和系统文件进行管理