操作系统基本原理

操作系统的基本功能
设备管理
Байду номын сангаас
进程管理
存储管理
文件管理
设备管理
在现代计算机中，CPU的计算速度要远远高于I/O操作，所以，我们需要创建一种环 境，使得CPU能持续有效的计算，不用在I/O处理过程中进行忙等待。
为了确定设备什么时候完成操作，我们需要使用一些I/O策略。
使用轮询的直接I/O
I/O策略 中断驱动I/O
操作系统基本原理
什么是操作系统？为什么要使用操作系统？
操作系统是管理和控制计算机硬件与软件资源的计算机程序，是直接运行在“裸 机”上的最基本的系统软件，任何其他软件都必须在操作系统的支持下才能运行。 操作系统是用户和计算机的接口，同时也是计算机硬件和其他软件的接口。

操作系统很好的实现了程序的共用，以及对计算机硬件资源的管理，使人们可以 从更高层次对电脑进行操作，而不用关心其底层的运作。 操作系统是现代电脑必不 可少的系统软件，是电脑的灵魂所在。现代的电脑都是通过操作系统来解释人们的 命令，从而达到控制电脑的目的。几乎所有的应用程序也是基于操作系统的。
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存储管理
在一个地址空间绑定到主存之前，存储管理器需要为进程分配空间，所以需要用合 适的策略用于分配主存空间。
固定分区存储分配策略
主存分配 可变分区存储分配策略
存储管理
如何解决碎片？ 允许物理地址空间为非连续：分页与分段
页式
在页式系统中，虚拟地址空间是一个虚拟地址的 线性序列，它被分成一组尺寸相同的页。虚拟存 储管理器负责选择页面在主存和辅存之间来回传 送，不用担心外部碎片。
进程调度
调度是指在一组就绪的进程/线程中进行CPU分配。
公平性 处理机利用率 调度目标 提高系统吞吐量 尽量减少系统的响应时间
先来先服务 非剥夺策略 最短作业优先 优先级调度 调度策略 期限调度 轮转 剥夺式策略 多级队列
互斥和同步
当两个进程或线程访问同一个共享变量时，会出现竞争状态，就会产生临界区问题， 这时需要避免两个进程同时进入临界区。
文件管理
在现代计算机系统中，要用到大量的程序和数据，因内存容量有限，且不能 长期保存，故而平时总是把它们以文件的形式存放在外存中，需要时再随时 将它们调入内存。所以操作系统中增加了文件管理功能，即构成一个文件系 统，负责管理在外存上的文件，并把对文件的存取、共享和保护等手段提供 给用户。这不仅方便了用户，保证了文件的安全性，还可有效地提高系统资 源的利用率。
低级文件：字节流文件 文件分类 结构化文件 数据库管理系统 多媒体存储
文件管理
连续分配 文件存取方式 链接列表 索引分配
文件管理：目录
由于系统拥有数量庞大的文件，需要一些方法来组织管理这些文件。目录结构就是 文件管理器对文件集和子目录进行组织的方式。 在大多数操作系统中，目录是作为结构化文件来实现的，每个记录包含了外部文件 描述表的指针和其他足够信息
段式
段式存储管理中，将程序的地址空间划分为若干 个段(segment)，这样每个进程有一个二维的地 址空间。在段式存储管理系统中，每个段分配一 个连续的分区，而进程中的各个段可以不连续地 存放在内存的不同分区中。程序加载时，操作系 统为所有段分配其所需内存，这些段不必连续， 物理内存的管理采用动态分区的管理方法。
设备管理
缓冲
缓冲使人们日常生活中经常使用的一项技术，他可以帮助人们同时做两件或多件事情。 在进程并不需要I/O操作时，设备管理器使用缓冲来保持I/O设备忙，这样就可以使得设 备与CPU操作交迭进行，提高CPU和I/O设备利用率。
进程管理
基础：进程描述 策略：进程调度 实现：互斥与同步
进程以及它的当代扩展-----线程是现代计算机系统中的活动计算单元。进程和线 程在一些被动资源如主存储器和设备上进行操作。操作系统的进程管理器提供了大 量的服务，用来定义、支持和管理系统的进程线程和资源。
软件方法 解决策略 硬件方法 信号量方法
存储管理
存储管理的实质对内存的管理，主要对内存中用户区进行管理 。在多道程序系统中， 内存中既有操作系统，又有许多用户程序。为使系统正常运行，避免内存中各程序 相互干扰，必须对内存中的程序和数据进行保护。 用户程序经过编译或汇编形成的目标代码，通常采用逻辑地址形式，其首地址为零， 其余指令中的地址都是相对首地址而定。逻辑地址不是内存中的物理地址，不能根 据逻辑地址到内存中存取信息。为了保证CPU执行程序指令时能正确访问存储单元， 需要将用户程序中的逻辑地址转运行时可由机器直接寻址的物理地址，这一过程称 为地址映射或地址重定位。