操作系统与进程调度

操作系统
- 1.操作系统的概念：
- 2.操作系统的主要功能：
- - 1.进程管理：
  - 2.内存管理：
  - 3.设备管理：
  - 4.文件管理：
  - 5.提供操作系统与用户之间的接口：
- 3.程序与进程：
- - 3.1 程序与进程的概念：
  - 3.2 程序与进程的区别
  - 3.3 进程与程序的联系
- 4.操作系统的进程调度：
- - 4.1 进程的特征：
  - 4.2 进程的三态：
  - 4.3 进程调度的时机：
  - 4.4进程调度的算法：

操作系统

1.操作系统的概念：

操作系统(OS，Operating System)是配置在计算机硬件上的第一层软件，是对硬件系统的首次扩充。它在计算机系统中占据了重要地位，汇编程序、编译程序、数据库管理系统等系统软件，都依赖于操作系统的支持，需要取得操作系统的服务。

通俗来讲，OS是管理，协调，分配者。主要研究如何高效公平低耗地进行资源的分配、协调工作以及在其中遇到的种种问题。

2.操作系统的主要功能：

1.进程管理：

①进程控制：创建和撤销进程，分配资源、资源回收，控制进程运行过程中的状态转换。

②进程同步：多进程运行进行协调–进程互斥（临界资源上锁）、进程同步。

③进程通信：实现相互合作之间的进程的信息交换。

④调度：作业调度，进程调度。

2.内存管理：

为多道程序的运行提供良好的环境，提高存储器的利用率，方便用户使用，并能从逻辑上扩充内存。

①内存分配：静态分配、动态分配。

②内存保护：各在其内存空间内运行（设两界限寄存器），互不干扰。

③地址映射：地址空间中的逻辑地址转换为内存空间中与之对应的物理地址。

④内存扩充：借助于虚拟存储技术，逻辑上扩充内存容量。

3.设备管理：

完成用户进程提出的I/O请求，为其分配所需I/O设备，完成指定I/O操作；提高CPU和I/O设备的利用率，提高I/O速度，方便用户使用I/O设备。

①缓冲管理

②设备分配

③设备处理：设备驱动程序，用于实现CPU和设备控制器之间的通信。

4.文件管理：

对用户文件和系统文件进行管理以方便用户使用，并保证文件的安全性。

①文件存储空间的管理：为文件分配合理外存空间，文件存储空间的使用情况。

③文件的读/写管理和保护

5.提供操作系统与用户之间的接口：

用户接口包括三类：联机用户接口、脱口用户接口和程序用户接口；

3.程序与进程：

3.1 程序与进程的概念：

程序：完成特定任务的一系列指令集合

程序=代码段+数据段

进程：进行就是正在进行中的程序

1、用户角度：进程是程序的一次动态执行过程

2、操作系统：进程是操作系统分配资源的基本单位，也是最小实体。

3.2 程序与进程的区别

程序是静态的，进程是动态的，程序是存储在某种介质上的二进制代码，进程对应了程序的执行过程，系统不需要为一个不执行的程序创建进程，一旦进程被创建，就处于不断变化的动态过程中，对应了一个不断变化的上下文环境。

程序是永久的，进程是暂时存在的。程序的永久性是相对于进程而言的，只要不去删除它，它可以永久的存储在介质当中。

3.3 进程与程序的联系

进程是程序的一次执行，而进程总是对应至少一个特定的程序。一个程序可以对应多个进程，同一个程序可以在不同的数据集合上运行，因而构成若干个不同的进程。几个进程能并发地执行相同的程序代码，而同一个进程能顺序地执行几个程序。

关于进程和程序的区别，《现代操作系统》中用了一个比喻形象说明：一位有一手好厨艺的计算机科学家正在为他的女儿烘制生日蛋糕。他有做生日蛋糕的食谱，厨房里有所需要的原料，在这个比喻中，做蛋糕的食谱就是程序（即用适当形式描述的算法），计算机科学家就是处理机（CPU），而做蛋糕的各种原料就是输入数据。进程就是厨师阅读食谱，取来各种原料以及烘制蛋糕等一系列动作的总和。

4.操作系统的进程调度：

4.1 进程的特征：

动态性：进程的实质是程序的一次执行过程，进程是动态产生，动态消亡的。
并发性：任何进程都可以同其他进程一起并发执行。
独立性：进程是一个能独立运行的基本单位，同时也是系统分配资源和调度的独立单位。
异步性：由于进程间的相互制约，使进程具有执行的间断性，即进程按各自独立的、不可预知的速度向前推进。
结构性：进程由程序段，数据段和PCB组成

4.2 进程的三态：

三态之间的转换：

就绪 → 执行:为就绪线程分配CPU即可变为执行状态"

执行 → 就绪:正在执行的线程由于时间片用完被剥夺CPU暂停执行,就变为就绪状态

执行 → 阻塞:由于发生某事件,使正在执行的线程受阻,无法执行,则由执行变为阻塞

4.3 进程调度的时机：

第一，创建新进程的时候，到底是让父进程运行还是让子进程运行，这就需要进行进程调度。

第二，当有进程退出时，需要进行进程调度，从其他的就绪状态的进程集合中挑选一个运行。

第三，当有进程因为I/O、或者信号量或者别的什么原因阻塞时，需要进行进程调度。

第四，当I/O中断发生，需要做进程调度。

第五，假设硬件始终提供50-60Hz频率的时钟中断，那么，在每个时钟中断，或者每第k个时钟中断需要进行进程调度。

4.4进程调度的算法：

批处理系统常用调度算法：
①、先来先服务
②、最短作业优先
③、最短剩余时间优先
④、响应比最高者优先

分时系统调度算法：
①、轮转调度
②、优先级调度
③、多级队列调度
④、彩票调度

实时系统调度算法：
①、单比率调度
②、限期调度
③、最少裕度法

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