操作系統(tǒng)整理歸納

　　4.1.1 操作系統(tǒng)的概念

　　操作系統(tǒng)：是管理計算機軟硬件資源的程序，同時它又是用戶與計算機硬件的接口。

　　4.1.2 操作系統(tǒng)的構(gòu)成

　　進程管理、內(nèi)存管理、文件管理、輸入/輸出系統(tǒng)管理、二級存儲管理、聯(lián)網(wǎng)、保護系統(tǒng)、命令解釋程序

　　4.2.1 操作系統(tǒng)的類別

　　經(jīng)過多年的發(fā)展，操作系統(tǒng)多種多樣。為提高大型計算機系統(tǒng)的資源利用率，操作系統(tǒng)從批處理，多道程序發(fā)展為分時操作系統(tǒng)。為了滿足計算機處理實時事件的需要，就有實時操作系統(tǒng)。為適應(yīng)個人計算機系統(tǒng)的需要又出現(xiàn)了桌面操作系統(tǒng)。為適應(yīng)并行系統(tǒng)的需要，就有了多處理器操作系統(tǒng)。為滿足網(wǎng)絡(luò)和分布計算的需要，就有了網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)和分布式操作系統(tǒng)。此外，還有為支持嵌入式計算機的嵌入式操作系統(tǒng)。

　　4.2.2 計算環(huán)境

　　從計算機誕生至今，操作系統(tǒng)總是與具體的計算環(huán)境相聯(lián)系，它總是在某種計算環(huán)境中設(shè)置和使用，就目前來看計算環(huán)境可分為以下幾類：

　　1. 傳統(tǒng)計算環(huán)境

　　指普通意義下的獨立或聯(lián)網(wǎng)工作的通用計算機所形成的計算環(huán)境。

　　2.基于Web的計算環(huán)境

　　互聯(lián)網(wǎng)的普及使得計算被延伸到Web環(huán)境。

　　3.嵌入式計算環(huán)境

　　嵌入式計算機就是安裝在某些設(shè)備上的計算部件，其計算相對比較簡單。

　　4.3.1 進程的概念

　　什么是進程?它與程序有什么區(qū)別?

　　程序：用戶為完成某一個特定問題而編寫的操作步驟。

　　進程：可以簡單地被看作是正在執(zhí)行的程序。但是進程需要一定的資源來完成它的任務(wù)(例如CPU時間、內(nèi)存、文件和I/O設(shè)備) 。

　　進程與程序的區(qū)別在于進程是動態(tài)的、有生命力的，而程序是靜態(tài)的。一個程序加載到內(nèi)存，系統(tǒng)就創(chuàng)建一個進程，程序執(zhí)行結(jié)束后，該進程也就消亡了。

　　在計算機中，由于多個程序共享系統(tǒng)資源，就必然引發(fā)對CPU的爭奪。如何有效地利用CPU資源，如何在多個請求CPU的進程中選擇取舍，這就是進程管理要解決的問題。

　　4.3.3 進程控制塊PCB(略)

　　為了控制進程，操作系統(tǒng)就必須知道進程存儲在哪里，以及進程的一些屬性。

　　進程控制塊是進程實體的一部分，是操作系統(tǒng)中記錄進程的專用數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。一個新的進程創(chuàng)建時，操作系統(tǒng)就會為該進程建立一個進程控制塊。操作系統(tǒng)根據(jù)進程控制塊對并發(fā)進程進行控制。

　　4.3.4 進程調(diào)度及隊列圖

　　計算機采用多道程序的目的是使得計算機系統(tǒng)無論何時都有進程運行，單處理器的計算機在某一時刻CPU只能運行一個進程，如果存在多個進程，其它進程就需要等待CPU空閑時才能被調(diào)度執(zhí)行。

　　當(dāng)一個進程處于等待或CPU時間片用完時，操作系統(tǒng)就會從該進程中拿走CPU控制權(quán)，然后再交給其它進程使用，這就是進程的調(diào)度。

　　4.3.5 CPU調(diào)度及其準(zhǔn)則

　　在設(shè)計CPU調(diào)度程序時主要應(yīng)該考慮的準(zhǔn)則包括：

　　(1) CPU使用率。讓CPU盡可能地忙。

　　(2) 吞吐量。讓CPU在一定時間內(nèi)完成的進程數(shù)盡可能多。

　　(3) 周轉(zhuǎn)時間。讓進程從提交到運行完成的時間盡可能短。

　　(4) 等待時間。讓進程在就緒隊列中等待所花時間之和盡可能短。

　　(5) 響應(yīng)時間。讓進程從提交請求到產(chǎn)生第一響應(yīng)之間的時間盡可能短。

　　主要的CPU調(diào)度算法

　　1、 先到先服務(wù)

　　2、 最短作業(yè)優(yōu)先

　　3、 優(yōu)先權(quán)

　　4、 輪轉(zhuǎn)

　　5、 多級隊列

　　6、 多級反饋隊列

　　4.3.7 進程的同步與互斥

　　進程的同步就是指相互協(xié)作的進程不斷調(diào)整它們之間的相對速度，以實現(xiàn)共同有序地推進。

　　換句話說,在操作系統(tǒng)中，允許多個進程并發(fā)運行。然而，有些進程之間本身存在某種聯(lián)系，它們在系統(tǒng)中需要一種協(xié)作，以保證進程能正確有序地執(zhí)行并維護數(shù)據(jù)的一致性。

　　在操作系統(tǒng)中，可能存在著多個進程。而系統(tǒng)中一些資源一次只允許一個進程使用，這類資源被稱為臨界資源。在進程中訪問臨界資源的那段程序稱為臨界區(qū)。當(dāng)一個進程進入臨界區(qū)執(zhí)行時，其它進程就不允許進入臨界區(qū)執(zhí)行，否則就會導(dǎo)致錯誤結(jié)果。由此得出:

　　多個進程并發(fā)執(zhí)行時，只允許一個進程進入臨界區(qū)運行，這就是進程的互斥。

　　例如：多個進程在競爭使用打印機時表現(xiàn)為互斥。

　　一個文件可供多個進程共享，其中有一個進程在寫操作時，其它進程則不允許同時寫或讀，表現(xiàn)為互斥。

　　4.3.8 進程的死鎖及處理方法

　　在多道程序設(shè)計中，多個進程可能競爭一定數(shù)量的資源。一個進程在申請資源時，如果所申請資源不足，該進程就必須處于等待狀態(tài)。如果所申請的資源被其它進程占有，那么進程的等待狀態(tài)就可能無法改變，從而形成進程之間相互一直等待的局面，這就是死鎖。

　　競爭資源引起死鎖

　　引起死鎖的四個必要條件：

　　• 互斥：任一時刻只能有一個進程獨占某一資源，若另一進程申請該資源則需延遲到該資源釋放為止。

　　• 　占有并等待：即該進程占有部分資源后還在等待其它資源，而該資源被其它進程占有。

　　• 　非搶占：某進程已占用資源且不主動放棄它所占有的資源時，其它進程不能強占該資源，只有等其完成任務(wù)并釋放資源。

　　• 　循環(huán)等待：在出現(xiàn)死鎖的系統(tǒng)中，一定存在這樣一個進程鏈，其中每個進程至少占有其它進程所必需的資源，從而形成一個等待鏈。

　　處理死鎖問題的三種方式：

　　• 　可使用協(xié)議預(yù)防和避免死鎖，確保系統(tǒng)從不會進入死鎖狀態(tài)。

　　• 可允許系統(tǒng)進入死鎖狀態(tài)，然后檢測出死鎖狀態(tài)，并加以恢復(fù)。

　　• 可忽略進程死鎖問題，并假裝系統(tǒng)中死鎖從來不會發(fā)生。即沒有必要把精力花在小概率事件上。

　　處理死鎖優(yōu)先考慮的順序：先預(yù)防和避免　　再檢測和恢復(fù)