操作系统:第一章，第二章总结

第一章操作系统引论
- （一）操作系统的介绍
  - 1.定义
    - （1）操作系统是一组用于控制和管理计算机系统硬件和软件资源、合理地对各类作业进行调度，以及方便用户使用的程序集合。
  - 2.地位
    - （1）操作系统是裸机之上的第一层软件，是建立其他所有软件的基础。它是整个系统的控制中心，既管理硬件，又管理软件，它为其他软件提供运行环境。
  - 3.基本特征
    - （1）并发：是指两个或者多个活动在同意给定的时间间隔中进行
    - （2）共享：是指计算机系统中的资源被多个进程所共用。
    - （3）异步：进程以不可预知的速度向前推进
    - （4）虚拟：把一个物理上的实体变为若干个逻辑上的对应物。
    - （5）最基本的特征是：并发和共享（两者互为存在条件）
  - 4.主要功能
    - （1）处理机管理
      - 主要功能包括进程控制、进程同步、进程通信、死锁处理、处理机调度等。
    - （2）存储器管理
      - 主要包括内存分配、地址映射、内存保护与共享和内存扩充等功能
    - （3）设备管理
      - 主要包括缓冲管理、设备分配、设备处理和虚拟设备等功能。
    - （4）信心管理（文件管理）
      - 包括文件存储空间的管理、目录管理以及文件读写管理和保护等。
    - （5）用户接口
  - 5.发展
    - （1）手工操作阶段（此阶段无操作系统）
      - 缺点：人机速度矛盾
    - （2）批处理阶段(操作系统开始出现）
      - ①单道批处理阶段
      - ②多道批处理阶段（操作系统正式诞生）
        
        目的：提高系统资源的利用率
        
        优：多道程序并发执行，资源利用率高
        
        缺：不提供人机交互能力（缺少交互性）
    - （3）分时操作系统（不可插队，有了人机交互）
      - 优：提供人机交互（交互性）
      - 缺：不能优先处理紧急事务
    - （4）实时操作系统（可以插队）
      - ①硬实时系统：必须在被控制对象规定的时间内完成（火箭发射）
      - ②软实时系统：可以松一些（订票）
      - 优：能优先处理紧急任务
    - （5）个人计算机操作系统、网络操作系统、分布式操作系统
    - 总：从可靠性看实时操作系统更强，从交互性看分时操作系统更强
- （二）不得不知的慨念
  - 1.两种指令
    - （1）特权指令：不允许用户程序使用（只允许操作系统使用），如IO指令、置中断指令
    - （2）非特权指令：普通运算指令
  - 2.两种程序
    - （1）内核程序：系统的管理者，可执行一切指令、运行在核心态
    - （2）应用程序：普通用户程序只能执行非特权指令，运行在用户态
  - 3.原语
    - （1）处于操作系统的最底层，是最接近硬件的部分
    - （2）这些程序的运行具有原子性，其操作只能一气呵成
    - （3）这些程序的运行时间都比较短，而且调用频繁
  - 4.中断和异常
    - （1）内中断（异常、信号来自内部）：①资源中断----指令中断②强迫中断（硬件中断，软件中断）
    - （2）外中断（中断，信号来自外部）①外设请求②人工干预
  - 5.系统调用
    - 系统给程序员（应用程序）提供的唯一接口，可获得OS的服务。在用户态发生，核心态处理
  - 6.体系机构
    - （1）大内核（2）微内核
  - 7.处理机状态
    - （1）用户态（目态）：CPU只能执行非特权指令
    - （2）核心态（又称为管态、内核态）：可以执行所有指令
    - （3）用户态到核心态：通过中断（是硬件完成的）
    - （4）核心态到用户态：特权指令psw的标准位0用户态1核心态
第二章进程调度
- （一）进程管理
  - 1.引入进程目的：为了更好地描述和控制并发执行，实现操作系统地并发性和共享性（进程是动态的，程序是静态的）
  - 2.定义：是计算机中程序关于某数据集合上地一次运行活动，是系统进行资源分配和调度地基本单位
  - 3.组成
    - （1）PCB（保存进程运行期间相关的数据，是进程存在地唯一标准）
    - （2）程序段：能被进程调度到CPU的代码
    - （3）数据段
  - 4.进程的状态
    - （1）状态种类：
      - a.运行态——进程正在占用CPU
      - b.就绪态——进程已处于准备就绪的状态，即进程获得了除处理机外的一切所需资源，一旦得到处理机即可运行
      - c.阻塞态
      - d.创建状态——进程正在被创建
      - e.结束状态——进程正在从系统消失
    - （2）状态变化：就绪态->运行态、运行态->就绪态、运行态—>阻塞态、阻塞态->就绪态
  - 5.线程
    - （1）引入目的：为了更好的使用多道程序并发执行，提高资源利用率和系统吞吐量
    - （2）特点：是程序执行的最小单位，基本不拥有任何系统资源（调度的基本单位）
- （二）处理机调度
  - 1.慨念：是对处理机进行分配，即从就绪队列中按照一定的算法（公平，高效）选择一个进程并将处理机分配给它运行，以实现进程并发的执行
  - 2.分类
    - （1）高级调度（作业调度）（次数少）
    - （2）中级调度（内存对换）（次数中等）
    - （3）低级调度（进程调度）（次数多）
  - 3.调度方式 —— 剥夺式，非剥夺式
  - 4.调度准则 ——CPU利用率、系统吞吐量、周转时间、等待时间、响应时间
  - 5.算法
    - （1）先来先服务（FIFO)
    - （2）短作业优先
    - （3）优先级调度算法
    - （4）高响应比优先调度算法
    - （5）时间片轮转
    - （6）多级反馈队列调度算法
- （三）进程同步
  - 1.引入原因：协调进程之间的相互制约关系
  - 2.制约关系
    - （1）同步：直接制约关系，是指为完成某种任务而建立的两个或者多个进程，这些进程因为需要在某些位置上协调它们的工作次序而等待，传递信息所产生的制约关系
    - （2）互斥：间接制约关系，当一个进程进入临界区使用临界资源时，另一个进程必须等待，当占用临界资源的进程退出临界后，另一个进程才允许去访问此临界资源。
  - 3.临界资源 —— 一次仅允许一个进程使用的资源（打印机，共享缓冲区，共享变量，公用队列）
  - 4.临界区——在每一个进程访问临界资源的那段程序
  - 5.临界区互斥
    - （1）原则：空闲让进（一次允许一个进程进入）、忙则等待、有限等待（有限时间中退出）、让权等待（避免出现“忙等”现象）
    - （2）基本方法——信号量　利用PV操作实现互斥　　
- （四）死锁
- 1.产生的原因：非剥夺资源的竞争和进程的不恰当推进顺序（与饥饿区别）
- 2.定义：多个进程因竞争资源而造成的一种僵局，如果没有外力，这些进程无法推进
- 解决的方法：
  - （1）预防死锁——破坏互斥条件、破坏不剥夺条件、破坏请求和保持条件、破坏循坏等待条件
  - （2）避免死锁——安全状态和银行家算法
  - （3）检测死锁：利用死锁定理
  - （4）解除死锁——资源剥夺法、撤销进程法、进程回退法

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