02操作系统

==== 操作系统的运行机制是怎样的

几个基本概念
    内核程序 《--》 应用程序
    核心态 《--》 用户态
    特权指令 《--》 非特权指令

操作系统的运行机制
时钟管理
    计时：提供系统时间
    时钟中断：比如进程切换
中断机制
    提高多道程序环境下CPU利用率
    外中断：中断信号来源于-》外部设备
    内中断：中断信号来源于-》当前指令
        三种情况：
            陷阱/陷入：由应用程序主动引发
            故障：由错误条件引发
            终止：由致命错误引发

    中断处理过程：
        产生中断--》执行对应中断处理程序--》继续执行程序
        产生中断--》1关中断（此时CPU不响应高级中断请求）--》保存断点--》引出中断服务程序--》保存现场和屏蔽字--》开中断--》执行中断服务程序--关中断--》恢复现场和屏蔽字--》开中断

原语  --是一个程序段  --运行在内核空间
    由若干条指令组成
    用来完成某个特点功能
    执行过程不会被中断 --具有“原子性”

系统数据结构 --一般只涉及到对数据结构的操作，不涉及硬件
    进程管理：作业控制块、进程控制块
    存储器管理：内存分配与回收
    设备管理：缓冲区、设备控制块

系统调用
    是操作系统实现，给应用程序调用
    是一套接口的集合
    应用程序访问内核服务的方式

用户态切换到核心态都是通过系统调用来实现的

==== 操作系统的结构

模块独立性标准：高内聚、低耦合

==== 进程管理  ====  重要

什么是进程：
    进程（proces） 是一个具有一定独立功能的程序关于某个数据集合的一次运行活动，是系统进行“资源分配和调度”的一个独立单位。

几个要点：
    进程是程序的一次执行
    进程是一个程序及其数据在处理机上顺序执行时所发生的活动
    进程是程序在一个数据集合上运行的过程
    进程是系统进行资源分配和调度的一个独立单位（或者说基本单位）

进程的结构：
    控制块：PCB（process control block）-- 进程唯一标识符

    数据段： 存放原始数据、中间数据

    程序段： 存放在文本区域，可以被多个进程共享（同一个应用程序的多个进程之间）

进程的特征：
    动态性：由创建而生，由撤销而亡
    并发性：有个进程同时进行
    独立性：独立资源分配
    异步性：相互独立，互不干扰

什么是线程：
    Thread,进程的轻型实体，也叫"轻量级进程"，是一系列活动按事先设定好的顺序一次执行的过程，是一系列指令的集合
    是一条执行路径，不能单独存在，必须包含在进程中
    线程是OS中运算调度的最小单位

为什么引入线程：
    提高OS的并发性

进程的属性：
    轻型实体
    独立调度和分派的基本单位
    可并发执行
    共享进程资源

线程的实现方式：
    用户级线程  --用户空间
    内核级线程  --内核空间

========

进程的状态：
    就绪 --可运行但是未运行的状态---》进程调度
    执行 -- 》 I/O请求   --》
    阻塞--- I/O完成  --》就绪

    创建
    终止

进程控制：
    即OS对进程实现有效的管理，包括创建新进程、撤销已有进程、挂起、阻塞和唤醒、进程切换等多种操作。OS通过原语操作实现进程控制

原语的概念：
    由若条指令组成，完成特定的功能，是一种原子操作--不可被中断的操作

原语的特点：
    原子操作，要么全做，要么全不做，执行过程不会被中断，在管态/系统态/内核态下执行，常驻内存
    是内存三大支撑功能（中断处理/时钟管理/原语操作)之一

处理机调度：
    根据一定的算法和原则将处理机资源进行重新分配的过程

前提： 作业/进程数远远大于处理机数
目的：提高资源利用率，减少处理机空闲时间
调度程序：一方面要满足特定系统用户的需求（快速响应），另一方面要考虑系统整体效率（系统平均周转时间）和调度算法本身的开销

调度的层次：
    高级调度/作业调度
        把后备作业调入内存
        只调入一次，调出一次

    中级调度/内存调度
        将进程调至外村，条件合适再调入内存
        在内、外存对换区进行进程对换

    低级调度/进程调度
        从就绪队列选取进程分配给处理机
        最基本的调度，频率非常搞（相当于一个时间片完成）

调度方式：
    剥夺式/抢占式调度：
        立即暂停当前进程
        分配处理机给另一个进程
        原则：优先权/短进程优先/时间片原则
    非剥夺/非抢占式调度：
        若有进程请求执行
        等待直到当前进程完成或阻塞
        缺点：适用于批处理系统，不适合分时/实时系统

进程调度：调度算法指标
    CPU利用率  --最重要的
    系统吞吐量
    周转时间
    等待时间
    响应时间