操作系统笔记
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操作系统目标和作用
目标：
方便性---用高级程序语言代替机器语言编写程序 ，直接用OS的命令操纵计算机系统 ，使计算机变得简单使用
有效性---提高系统的吞吞吐量以提高系统的资源利用率
可扩充性---为了适应计算机硬件，体系结构以及计算机应用发展的要求 ：无结构发展→模块化结构→层次化
结构→微内核结构
开放性---系统遵循世界标准规范（遵循开放系统互联OSI国际标准）开发软件硬件，使彼此兼容，方便实现互联
作用：
用户与计算机硬件系统之间的接口
管理计算机系统资源
对计算机资源的抽象---在物理接口上覆盖I/O设备管理软件→覆盖文件管软件→多层软件覆盖结合→虚拟机
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操作系统发展
未配置操作系统的计算机系统（人工操作→脱机输入输出操作）→单道批次处理系统(解决人机矛盾,CPU与I/O设备
速度不匹配)→多道批次处理系统(资源利用率高,系统吞吐量大,平均周占时间长,无交互能力)→分时系统(人机交互
,共享主机)→实时系统→微机操作系统
分时系统---多路性,独立性,及时性,交互性（关键）,系统可靠
人机交互(程序员写好程序之后上机调试,有错误及时进行修改),
共享主机(一台主机连接多个终端,每个用户以交互的方式使用计算机),
及时接收(主机快速周期性的扫描每个终端的请求,每个终端配置缓存区暂存用户的命令或者数据),
及时处理(作业装入内存,采用轮转运行方式处理,是每个用户都能及时和自己的作业进行交互)--与上一条一起时处理交互性的解决方法
实时系统---多路性,独立性,及时性,交互性,可靠性(系统高度可靠)
系统能够及时响应外部事情的请求,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
实时任务类型
周期性实时任务(周期循环执行外部设备周期性发出的激励信号)和非周期性实时任务(无明显周期性,但是有截止期限--
开始截止时间,完成截止时间)
硬实时任务(必须满足任务对截止时间的要求)和软实时任务(有截止时间,不严格)
微机系统发展---单用户单任务操作系统→单用户多任务操作系统→多用户多任务操作系统
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操作系统的基本特性
并发性（基本）,共享性（基本）,虚拟性,异步性
并发性---内存中的多个程序都分别建立一个进程，他们可以并发执行，极大提高系统资源的利用率，增强系统吞吐量
PS:进程---在系统中能独立运行并作为资源分配的基本单位（机器指令，数据，和堆栈组成），是个能独立运行的活动实体
共享性---资源共享，也就是资源复用，是指系统中的资源可供内存中多个并发执行的进程共同使用（互斥共享，同时访问方式）
虚拟性---把通过某种技术将一个物理试题变成若干个逻辑上的对应物的功能称为“虚拟”（时分复用技术，空分复用技术）
时分复用---利用某设备为一用户服务的空闲时间，转去为其他用户服务，是设备得到充分利用（虚拟处理机技术，虚拟设备技术）
空分复用---利用存储器的空闲时间分区域存放和运行其他的多到程序，以提高内存的利用率
异步性---在操作系统中配置完善的进程同步机制，运行环境相同，则作业通过多次运行能与作业单次运行到完成获得相同的结果
是操作系统的一个重要特征。
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操作系统的主要功能
处理机管理工程，存储器管理功能功能，设备管理功能，文件管理功能，操作系统与用户之间的接口
一 处理机管理功能---进程控制，进程同步，进程通信，调度
进程控制---为作业创建进程，撤销（终止）已结束的进程，以及控制进程在运行过程中的转换
进程同步---进程同步机制的建立协调进程的运行，两种方法：进程互斥（访问临界资源），进程同步（常用信号量机制）
进程通信---相互合作的进程处于同一计算机操作系统，采用直接通信方式，源进程利用发送命令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消息队列中取出消息
调度---分作业调度和进程调度
作业调度：从后备队列中按照一定的算法选择若干个作业，为它们分配运行所需要的资源，在将这些作业调入内存后，分别为它们建立进程，是他们都成为可能
获得处理机的就绪进程，并将它们插入就绪队列中
进程调度：从就绪队列中按照一定的算法选出一个进程，将处理机分配给它，并为它设置运行现场，时期投入执行
二 存储器管理功能---内存分配，内存保护，地址映射，内存扩充
内存分配：
(1)为每到程序分配内存空间
(2)提高存储器利用率，尽量减少不可用的内存空间（碎片）
(3)允许正在运行的程序申请附加的内存空间，以适应程序和数据动态增长的需要
内存分配方式：
1)静态分配方式 每个作业的内存空间是在装入时确定的。
2)动态分配方式 每个作业所要求的基本内存空间虽然也是在装入时确定的，允许作业在运行过程中继续申请新的附加内存空间，以适应程序和数据的动态增长，也运行作业在内存中“移动”
内存保护：
保证每到程序旨在自己的内存区中运行所设置的内存保护机制。
地址映射：
程序经过编译链接后形成的可装入程序不可能从物理地址的“0”开始
在硬件支持下，将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
内存扩充
借助于虚拟存储技术，从逻辑上扩充内存容量，使用户感觉内存容量比实际容量大得多，以便让更多的用户程序并发运行
用于实现：
1)请求调入功能：系统允许在今装入部分用户程序和数据的情况下，启动该程序，运行过程中，若发现所需程序和数据尚未装入内存，可向OS发出请求，OS从磁盘中将所需部分调入内存
以方便继续运行
2)置换功能：内存中若无足够的空间来装入需要调入的程序和数据时，系统将内存中一部分暂时不用的数据和程序调至硬盘上，在将所需调入的部分装入内存
三 设备管理功能---缓冲管理，设备分配，设备处理
设备管理器的任务
1)完成用户进程提出的I/O请求，为用户进程分配所需的I/O设备，完成指定的I/O操作
2)提高cpu和I/O设备的利用率，提高I/O速度，更方便用户使用I/O设备
缓冲管理
在CPU和I/O设备之间引入缓冲，缓解I/O设备和CPU速度不匹配的矛盾，提高CPU利用率，进而提高系统的吞吐量
设备分配
完成用户进程提出的I/O请求，为用户进程分配所需的I/O设备，完成指定的I/O操作
若I/O设备和CPU之间存在设备控制器和I/O通道，则还需为分配出去的设备分配相应的控制器和通道
设备处理
设备处理程序=设备驱动程序
用于实现CPU和设备控制器之间的通信：
检查I/0请求合法性--设备是否空闲--读取有关传递参数以及设备的工作方式--设备控制器发出I/O--启动I/O设备完成操作
四 文件管理功能---文件存储空间管理，目录管理，文件读/写管理和保护
文件存储空间管理
由文件系统对诸多文件及文件的存储空间实施统一的管理：
1)为每个文件分配必要的外存空间
2)提高外村利用率--提高文件系统存/取速度
3)设置相应的数据结构，用于记录文件存储空间的使用情况
4)对存储空间进行分配和回收的功能
目录管理
1)为每个文件建立一个目录项（文件名，文件属性，文件在磁盘上的物理位置），并对目录下加以有效组织，实现方便的按名存取
2)文件共享，只需在外村上保留一份该共享文件的副本
3)快速的目录查询手段--提高对文件的检索的速度
文件读/写管理和保护
1)文件读写管理
根据用户请求，从外存中读取数据，或将数据写入外村
2)文件保护
防止未经核准的用户存取文件
防止冒名顶替存取文件
防止不正确的方式使用文件
五 用户与操作系统之间的接口---用户接口，程序接口
用户接口：联机用户接口，脱机用户接口，图形用户接口
程序接口：为用户程序在执行中访问系统资源而设置，是用户程序取得操作系统服务的唯一途径
