操作系统
- 概念：
a. 一个观点，两条线索。一个观点以资源管理的观点来定义操作系统；两条线索指操作系统如何管理计算机各类资源和控制程序执行。
b. 计算机系统中的核心系统软件，负责管理和控制计算机系统中的硬件和软件资源，合理地组织计算机工作流程和有效地利用资源，在计算机与用户之间起接口的作用。 - 操作系统的结构
a. 对处理器，存储器，文件，设备和作业进行管理 - 操作系统的类型
a. 批处理操作系统
b. 分时操作系统
c. 实时操作系统
d. 网络操作系统
e. 分布式操作系统
f. 嵌入式操作系统
g. 微内核操作系统 - 基本原理
a. 进程管理：
i. 资源共享
ii. 程序的并发执行或者并行执行
iii. 进程状态转换
1. 就绪状态：分配了除了CPU以外所有资源。多个就绪状态的进程排成一个队列称为就绪队列
2. 执行状态：已获取处理的的就绪状态进程。就绪状态的进程个数取决于计算机处理机个数
3. 阻塞状态：进程因发生某事件（如请求 I/O、申请缓冲空间等）而暂停执行时的状态
4. 挂起状态：
a. 对换的需要：为了缓和内存紧张的情况，将内存中处于阻塞状态的进程换至外存上面，使进程又处于一种别于阻塞的新状态。当该进程事件发生，但是因为不具备执行条件而不能进入就绪队列。
b. 终端用户请求：终端用户在自己的程序运行期间，发现可以问题，希望自己的进程暂停下来。
c. 父进程请求
d. 负荷调节的需要
e. 操作系统的需要
5. 进程的互斥与同步：
a. 互斥：一组并发进程中一个或多个程序段，因共享某一共有资源而导致必须以一个不允许交叉执行的单位执行。也就是说互斥是要保证临界资源在某一时刻只被一个进程访问。
b. 同步：把异步环境下的一组并发进程因直接制约而互相发送消息而进行互相合作、互相等待，使得各进程按一定的速度执行的过程称为进程同步。
6. 临界资源协调
a. 空间让进
b. 忙则等待
c. 有限等待
d. 让权等待：信号量，不可分割的原子操作，PV操作
i. p操作-1 v操作+1
ii. 存后再取，取后再存
7. 前驱图
a. 前驱图由节点和有向边构成的有向无循环图。用于表现事物之间先后顺序的制约关系。
8. 进程调度和死锁
a. 进程调度即处理器调度，主要确定什么时候分配处理器，确定分给哪一个进程，让正在执行的进程改变状态并转入就绪队列的队尾，再由调度原语将就绪队列的队首进程取出，投入执行。
b. 调度方式分为剥夺式和非剥夺式。
i. 先来先服务
ii. 优先数调度
iii. 轮转法 （时间片）
c. 死锁：若干进程互相竞争对方已占有资源，无限期的等待，不能向前推进时会造成“死锁”。
i. 死锁条件：共享系统资源不足，资源分配策略和进程的推进顺序不当。互斥，保持，等待条件、不剥夺条件和环路等待条件。
ii. 解决策略：预防避免 （打破产生死锁4个必要条件），避免 避免算法（银行家算法）
b. 存储管理：
i. 概念：对内存储器的管理，负责对内存的分配和回收，保护和扩充。目的是为了尽量提高内存的使用效率。
ii. 存储器的组成：
1. 内存：一个系统实际提供的存储单元组成的一个连续地址空间，处理器可以直接存取。
2. 外存：外部存储部件，存放暂不执行的程序或者数据。处理器访问外存，需要通过IO设备进行内/外存交换。
iii. 存储管理
1. 页式存储管理
a. 把程序的逻辑空间和内存的物理空间按照同样大小划分为若干页。并且以页面为单位进行分配。
b. 系统为每个进程创建一个页表，包括进程的逻辑页号与物理页号的对应关系。
c. 动态地址转换：进程运行，页表首地址将预存到系统的动态地址转换机构中的基本地址寄存器；指令访问虚存地址（p,d），首先根据页号p查页表，根据查询状态，判断页是否调入内存。若已调入内存，得到该页的内存位置p',然后与相对位移d组和，得到物理地址r。若为调入内存，产生缺页中断，装入所需页。
d. 页式虚拟存储 ： 首先把作业信息作为副本存在磁盘，作业执行，将作业信息的部分页面装入内存储器。若访问页面在内存，按照页式存储方式地址转换，访问页面不存在，产生缺页中断，所需页面装入内存储器。
e. 页面调度：内存中无空闲块，装入一个页面需要按某种算法从已在内存中的页替换，从而将所需页面装入内存空间。这个过程称为调度，假如一个页面反复的装入，调出，调度非常频繁，这种情况称之为抖动。
i. 最优算法：选择不再使用或者最远将来使用的页调出
ii. 随机算法
iii. 先进先出算法
iv. 最近最少使用
2. 段式存储管理
a. 把用户作业按照逻辑意义上有完整意义的段来划分，并以段为单位作为内外存交换空间尺度。
b. 动态地址转换：进程执行时，段表的首地址预存地址寄存器，执行指令访问虚存，与段内相对地址相加，得到实地址。
3. 段页式存储
a. 根据程序模块分段，段内分页。段页式系统的虚拟地址形式为 段号，页号，页内偏移。
c. 设备管理：
i. 数据传输控制方式：
1. 控制设备和内存或CPU之间的数据传递。
2. 虚设备与SPOOLING技术（假脱机）
d. 文件管理：
i. 概念：建立、修改、删除文件；按文件名访问文件；决定文件信息的存放位置、存放形式及存取权限；管理文件间的联系及提供对文件的共享、保护和保密等
ii. 文件逻辑结构
1. 顺序文件
2. 索引顺序文件
3. 索引文件
4. 直接文件
iii. 文件物理结构
1. 文件在存储设备上存放方法。侧重于提高存储器的利用率和降低存储时间。
2. 特点：文件的存储设备划分为大小相同的物理块，物理块是分配和传输的基本单位。文件的物理结构涉及文件存储设备的组块策略和文件分配策略，决定文件信息在存储设备上存储位置。
3. 文件分配策略：
a. 顺序分配
b. 链接分配
c. 索引分配
4. 文件存储设备管理：操作系统要有效地进行存储空间的管理
a. 索引法
b. 链接法
c. 位示图法
5. 树形目录结构
a. 树形目录，根节点为文件根目录，数据文件作为树叶节点，其他目录为树节点。
e. 作业管理：作业是系统为完成一个用户的计算任务（或一次事务处理）所做的工作总和。
i. 作业状态：
1. 提交状态：作业由输入设备进入外存储器（输入井）的过程称为提交状态。
2. 后备状态：作业全部信息进入外存后，系统为作业建立一个作业控制块（jcb），操作信息通过作业控制块感知作业的存在，jcb包含作业的基本信息。
3. 执行状态：一个后备作业被作业调度程序选中分配了必要的资源并进入内存，作业调度程序为其创建了相应进程。
4. 完成状态：作业正常运行结束，它所占有的资源尚未全部被系统回收时状态。
ii. 用户接口：用户与操作系统交互的途径和通道（操作系统接口）；交互环境的控制方式（操作环境）
1. 操作系统的接口：可分为命令接口和程序接口。系统调用是操作系统提供给编程人员的唯一接口。系统调用对用户屏蔽了操作系统的具体动作而只提供有关功能。系统调用大致分为设备管理、文件管理、进程控制、进程通信和存储管理等
2. 操作环境：操作环境支持命令接口和程序接口，提供友好的、易用的操作平台。