1. 无操作系统的计算机系统
2. 单道'批处理系统'
    监督程序：相当于早期操作系统，负责将磁盘中程序调入内存，以及将内存中的程序交给CPU处理。
3. 多道'批处理系统'
    微观而言，在任一特定时刻，在处理机上运行的作业只有'一个'。  
4. '分时系统'
    在一台主机上连接了多个带有显示器和键盘的终端，同时允许多个用户共享主机中的资源，每个用户都可通过自己的终端以交互方式使用计算机。
5. '实时系统'
    统能及时响应外部事件的请求，在规定的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地运行。
6. 微机操作系统
    例如：CP/M，MS-DOS、Windows 95/98、Solaris OS、Linux OS、Windows、NT/Server
7. 嵌入式操作系统
    例如：µC/OS-II、嵌入式Linux、Windows、Embedded、VxWorks、Android、iOS
8. 网络操作系统
9. 分布式操作系统
    基于软件实现的一种多处理机系统，是多个处理机通过通信线路互连而构成的松耦合系统。
    例如：万维网、鸿蒙OS

1.'并发'
    两个或多个事件在同一时间间隔内发生 
    '多核'CPU:'并行'：两个或多个事件在同一时刻发生
2.'共享'
    系统中的资源可供内存中多个并发执行的进程共同使用
3.'虚拟'
    虚拟处理机、虚拟设备\虚拟存储
4.'异步'
    进程是以人们不可预知的速度向前推进的

支撑功能：
    1. 中断处理
    2. 时钟管理
    3. 原语操作
        要么不做，要么全做，不可分割。(不可中断)

1. '内核态'（管态、系统态） 
    在内核态下运行的指令
2. '用户态'（目态）
    在用户态下运行的指令

1.定义
    1.操作系统是控制和管理计算机系统内各种'硬件'和'软件'资源、有效地组织多道程序运行的'系统软件'（或程序集合），是'用户'与'计算机'之间的接口。
2.分类
    1.根据服务对象不同，常用的处理机操作系统主要分为如下三种类型：允许多个用户在其终端上同时交互地使用计算机的操作系统称为'分时操作系统'，它通常采用'时间片轮转策略'为用户服务；
    2.允许用户把若干个作业提交计算机系统集中处理的操作系统称为'批处理操作系统'，衡量这种系统性能的一个主要指标是'系统的吞吐率'；
    3.在'实时操作系统'的控制下，计算机系统能及时处理由过程控制反馈的数据并作出响应。设计这种系统时，应首先考虑系统的'实时性'和'可靠性'
3. UNIX 系统是'分时操作系统'，DOS 系统是'单用户操作系统'。
4. 现代操作系统通常为用户提供三种使用界面：'命令界面'、'图形界面'和'系统调用界面'。
5. 为了防止操作系统及关键数据受到用户程序的破坏，将CPU的执行状态分为'用户态'和'系统态 '。

'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，它是系统进行'资源分配和调度'的'一个独立单位'。
'进程'是进程实体的运行过程，是系统进行'资源分配和调度'的'一个独立单位'。

使多个程序并发执行，提高资源利用率及系统吞吐量

'进程标识符'信息、'处理机状态'信息、'进程调度'信息、'进程控制'信息

1. 'PCB'是进程实体的一部分，记录了'操作系统所需的、用于描述进程当前状况以及控制进程运行的全部信息'
2. OS是根据'PCB'来对'并发执行的进程'进行'控制'和'管理'的
3. 进程控制块是进程存在的'唯一'标志 -> 进程任务完成时，系统收回它的PCB，进程也随之消亡
4. '进程'＝'程序'＋'数据'＋'PCB'

PCB的'作用'：
1. 作为独立运行基本单位的标志；
2. 能实现间断性运行方式；
3. 提供进程管理所需要的信息；
4. 提供进程调度所需要的信息；
5. 实现与其他进程的同步与通信。

1. 线形表
2. 链表 + 索引表

1. '动态性'
    生命期
2. '并发性'
    一段时间内同时运行
3. '独立性'
    进程实体是一个能独立运行的基本单位
    是系统中独立获得资源和独立调度的基本单位
4. '异步性'
    按各自独立的、不可预知的速度向前推进

1.进程是程序的执行，属于动态，程序是静态的
进程的存在是暂时的，程序的存在是永久的

2.一个程序可以对应多个进程
一个进程可以包含多个程序

1. '就绪状态'
2. '执行状态'
3. '阻塞状态' 
    进程主动申请进入阻塞状态
    阻塞态变为就绪态为被动行为

4. '创建状态'
    申请一个空白PCB；填写PCB；分配资源；设置就绪状态插入就绪队列
5. '终止状态'
    等待OS善后、收回PCB

6. '挂起操作'
    为什么有挂起操作
        1. 终端用户的请求
        2. 父进程请求
        3. 负荷调节的需要 （实时系统）
        4. 操作系统的需要

1. 低级进程通信
    所交换的信息量相对较少
2. 高级进程通信
    用户可直接利用OS所提供的一组通信命令，高效地传送大量数据的一种通信方式

1.'管道'
    互斥 同步 确定对方是否存在，只有确定了对方已存在时，才能进行通信
    1. 匿名管道 (环形队列,内存)
    2. 有名管道 (文件, 外存)
        
2.'消息队列'
    链表
3.'共享内存'

4.'信号量'

5.'socket'

1. 减少程序在'并发执行'时所付出的'时空开销'
2. 使OS具有更好的并发性
3. 适用于SMP结构的计算机系统

1. '线程'作为'调度'和'分派'的'基本单位'（又称为轻型进程）
2. '进程'是拥有'资源'的'基本单位'（传统进程称为重型进程）

关于资源
    '进程'是系统中拥有资源的一个基本单位，它可以拥有资源。
    '线程'本身不拥有系统资源，仅有一点保证独立运行的资源。
    允许'多个线程'共享其'隶属进程所拥有的资源'。
独立性
    同一进程中的不同线程之间的独立性要比不同进程之间的独立性低得多。
系统开销
    在创建或撤消进程时，OS所付出的开销将显著大于创建或撤消线程时的开销。
    线程切换的代价远低于进程切换的代价。
    同一进程中的多个线程之间的同步和通信也比进程的简单。

'执行态'、'就绪态'、'阻塞态'
线程状态转换与进程状态转换'一样'

'内核支持线程KST'
'用户级线程ULT'
组合方式

1.
无论用户进程中的线程，还是系统进程中的线程，其创建、撤销和切换都依靠内核，在内核空间通过系统调用实现
在内核空间为每个线程设置了一个线程控制块，内核根据该控制块感知该线程存在，并加以控制

2.优点
在多处理机系统中，内核可同时调度同一进程的多个线程
如一个线程阻塞了，内核可调度其他线程(同一或其他进程)。
线程的切换比较快，开销小。
内核本身可采用多线程技术，提高执行速度和效率。

3.缺点
对用户线程切换，开销较大。

1.
用户级线程仅在用户空间中，与内核无关，所有对线程的操作(创建、撤销、同步、互斥等)也在用户空间中由线程库的函数（过程）完成，而无需内核帮助

2.优点
线程切换不需要转换到内核空间。
调度算法可以是进程专用的。
线程的实现与OS平台无关。

3.缺点
系统调用的阻塞问题。
多线程应用不能利用多处理机
进行多重处理的优点。

'高级调度'：也称宏观调度，决定哪些程序可以进入系统
'中级调度'：也称内存调度，决定内存中程序的位置和状态
'低级调度'：也称微观调度，决定CPU资源在就绪进程间的分配
或
'高级调度'（长程调度/'作业'调度）
'中级调度'（中程调度/'内存'调度）
'低级调度'（短程调度/'进程'调度）

1.引入'中级调度'的主要目的，是为了'提高内存利用率和系统吞吐量'；
    使那些暂时不能运行的进程不再占用宝贵的内存资源，将它们调至外存上去等待，把此时的进程状态称为就绪驻外存状态或挂起状态;当这些进程具备运行条件、且内存又稍有空闲时，由中级调度来决定把就绪进程，重新调入内存，并修改其状 态为就绪状态，挂在就绪队列上等待进程调度

1.非抢占方式
    决不允许某进程抢占已经分配出去的处理机
2.抢占方式:(现代OS广泛采用)
    优先权原则
    短作业优先原则
    时间片原则

批处理系统的目标
    1.'周转时间' -> '作业完成时刻-作业到达时刻' '等待时间+服务时间'
        作业被提交给系统开始，到作业完成为止的这段时间间隔
    2.平均周转时间 '->' 作业周转总时间/作业个数
    3.'带权周转时间' -> '周转时间/服务时间'
    4.平均带权周转时间 '->' 带权周转总时间/作业个数
    5.'服务时间' -> 进程在CPU中运行的时间
    6.吞吐量
    7.等待时间（进程调度）

1.'作业'：在多道批处理操作系统中，用户提交给系统的一项相对独立的工作
    是用户在一次算题过程中或一次事务处理中，要求计算机系统所做的工作的集合。在批处理系统中，以作业为单位从外存调入内存
2.作业和进程的关系
    作业是比进程更广泛的概念，不仅包含了通常的程序和数据，而且还配有一份作业说明书，系统根据作业说明书对程序运行进行控制
3.作业步
    作业运行期间，每个作业由若干相互独立又相互关联的顺序加工步骤才能得到结果。每个加工步骤称为一个作业步

1.'作业控制块（JCB）'
    多道批处理系统中，为每个作业设置一个作业控制块。 JCB是一个作业在系统中存在的惟一标志，系统根据JCB才感知到作业的存在。
2.'JCB包含内容'：作业控制块JCB中包含了对作业进行管理的必要信息，JCB中的信息一部分是从用户提供的作业控制卡或作业说明书中得到，另一部分是记录作业运行过程中的动态信息。
3.'JCB的生成'：作业提交给系统后，便由“作业注册”程序为作业建立一个作业控制块JCB，放入后备队列

1.'FCFS' 先来先服务调度算法
2.'SJF' 短作业优先调度算法
3.'PR' 优先级调度算法
4.HRRN 高响应比优先调度算法

任务
    1. 保存处理机现场信息。
    2. 按某种算法挑选进程。
    3. 把处理器分配给进程。
机制
    1.排队器
        将就绪进程按一定方式排成队列
    2.分派器
        把进程调度程序选定的进程，从就绪队列中取出，进行上下文切换，把处理器分配给它
    3.上下文切换机制
        1.保存当前进程上下文装入分派程序上下文，分派程序运行 2.移出分派程序，装入新选进程上下文

1.'FCFS' 先来先服务调度算法
2.'SJF' 短作业优先调度算法
3.'PR' 优先权调度算法
4.'RR' 时间片轮转调度算法
5.多级队列调度算法
6.多级反馈队列调度算法
7.基于公平原则的调度算法

'非抢占式' SJF
'抢占式' SJF（来了个更短的进程）抢占发生在有比当前进程剩余时间片更短的进程到达时，也称为最短剩余时间优先调度

分为 非抢占式
    抢占式
以及 '静态'优先级
    '动态'优先级

1. 提供必要的信息（向调度程序提供）
2. 系统处理能力强
3. 采用抢占式调度机制
4. 具有快速切换机制
系统规模小、中断时间短、进程切换快、OS管理深度高

1. 'EDF' 最早截止时间优先调度算法

2.'LLF'最低松弛度优先算法

1. 该算法主要用于可抢占调度方式中，当一任务的'最低松弛度减为0时'，它必须'立即抢占CPU'，以保证按截止时间的要求完成任务。
2.当出现多个进程松弛度相同且为最小时，按照“最近最久未调度”

1.指多个进程在运行过程中因争夺资源而造成的一种僵局，当进程处于这种僵持状态时，'若无外力作用'，这些进程都将永远不能再向前推进。
2.对资源不加限制地分配可能导致进程间由于竞争资源而相互制约以至于无法继续运行的局面，人们把这种局面称为'死锁' (deadlock)。
3.'一组等待的进程，其中每一个进程都持有资源，并且等待着由这个组中其他进程所持有的资源'。

1.竞争'不可抢占性资源'引起死锁
2.竞争'可消耗性资源'引起死锁
3.进程推进顺序不当引起死锁

1.'互斥'
    一段时间内某资源只能被一个进程占用。
2.'请求和保持'
    一个至少持有一个资源的进程等待获得额外的由其他进程所持有的资源。
3.'不可抢占'
    一个资源只有当持有它的进程完成任务后，自由的释放。
4.循环等待
    等待资源的进程之间存在环 {P0, P1, …, Pn} 。
上述死锁的四个必要条件不是彼此独立的，比如条件 4 包含了前三个条件。将它们分别列出是为了方便我们研究各种防止死锁的方法。

1.设计无死锁的OS：确保系统永远不会进入死锁状态
    '死锁预防'
    '死锁避免'
2.先礼后兵：允许系统进入死锁状态，然后恢复系统
    '死锁检测'
    '死锁恢复'
3.鸵鸟策略：忽略这个问题，假装系统中从未出现过死锁。这个方法被大部分的操作系统采用，包括UNIX、Windows
    之所以被某些系统采用，是因为死锁不常发生

如果一个系统在'安全状态'，就没有死锁
如果一个系统不是处于安全状态，就有可能死锁
如果存在一个'安全序列'，则系统处于安全态

'死锁定理' -> S状态为死锁状态的充分条件是：当且仅当S的资源分配图是不可完全简化的。

1.抢占资源
2.终止或撤消进程

1.'临界资源'
    系统中某些资源一次只允许一个进程使用，称这样的资源为临界资源或互斥资源或共享变量
    诸进程间应采取互斥方式，实现对这种资源的共享。
    
2. 进程'并行运行'时相互制约 (进程发消息限制另一进程运行)，而制约关系归结为'互斥'和'同步'
    '同步'——指两个事件的发生有着某种时序上的关系(先，后)
    '互斥'——资源的使用要排它使用，防止竞争冲突(不同时使用，但无先后次序) (作为一种特殊同步)
    
3. '临界区'：进程中涉及临界资源的代码段
    进入区：用于检查是否可以进入临界区的代码段
    退出区：将临界区正被访问的标志恢复为未被访问标志

1.空闲让进 2.忙则等待 3.有限等待 4.让权等待

1. '软件'同步机制
    1.单标志法 -> 共享变量:可实现同一时刻最多只允许一个进程访问临界区，且是轮流访问的，缺陷：违背空闲让进原则
    2. 双标志（后）检查法
    3. Peterson解决方案
2. '硬件'同步机制
    1. 关中断
        进入锁测试之前关闭中断，完成锁测试并上锁之后才打开中断
        中断关掉后,无进程or线程切换,保证对锁测试和关锁操作的完整性可有效保证互斥
        缺点：
            影响系统效率，导致系统反应“迟钝”
            不适用于多CPU（关CPU A上的中断，CPU B上进程仍然可以执行相同的临界区代码）
    2. Test-and-Set指令
        原子地检查和修改字的内容
            lock 为FALSE，资源空闲
            lock 为TRUE ，资源正在被使用
    3. Swap指令
3. '信号量机制'
    1.信号量S-整型变量
        提供两个不可分割的[原子操作]访问信号量
            wait(S)又称为P(S)
            signal(S)又称为V(S)
     2.AND型信号量
        将进程在整个运行过程中需要的所有资源，一次性全部分配给进程，待进程使用完后再一起释放。
     3.利用信号量实现进程'互斥'
     4.利用信号量实现进程'同步'
    
4. '管程机制'
    1.类似 类方法
    2. 管程相当于对临界资源的操作进行封装
    3. 管程相当于对临界资源的操作进行封装

同步方法
    1.自旋锁
    2.信号量
     3.互斥锁
     4.禁止中断

'内存分配'
    静态分配
    动态分配
    内存回收
'内存保护'  --> '硬件'
    确保每个用户程序仅在自己的内存空间运行
    绝不允许用户程序访问操作系统的程序和数据
'地址映射'
    逻辑地址转换为物理地址
'内存扩充'
    请求调入功能
    置换功能

1. '绝对装入'
    单道程序中，由编译程序或程序员指定内存地址，装入时直接定位在上述(即文件中记录的地址)内存地址。逻辑地址和物理地址完全相同。
2. '可重定位装入'
    多道程序环境中，单一装入模块中采用逻辑地址，根据当前内存情况，将装入模块装入到适当位置；操作系统装入模块进行地址映射。地址映射（地址转换）是在装入模块装入内存时一次性进行的，即采用静态重定位；以后不能更改
3. '动态运行时装入'
    将装入模块原样装入内存，而地址映射工作推迟到程序真正执行时才进行，即采用态重定位。

1. 静态链接
2. 装入时动态链接
3. 运行时动态链接

以'页号'查页表，得到对应页装入内存的块号，并将'块号'，转换成二进制数填入地址寄存器的高位部分
将'位移量''直接复制'到内存地址寄存器的低位部分
'页号' + '页内地址'-> '''块号''' + '''页内地址'''

'虚拟存储器'：具有请求调入功能和置换功能，能从逻辑上对内存容量加 以扩充的一种存储器系统

'多次性'：作业中的程序和数据允许被分成多次调入内存允许（相对于一次性而言）
'对换性'：作业运行时无须常驻内存，允许作业在运行过程中换进、换出（相对于驻留性而言）
'虚拟性'：从逻辑上扩充了内存容量，使用户看到的内存容量远大于实际内存容量（相对于实际内存容量而言）

Note: 虚拟性的基础是多次性和对换性，而多次性和对换性的实现基础是采用离散的内存分配方式

能够'隐藏物理设备'的细节
    I/O系统对设备加以抽象，以隐藏物理设备的实现细节，仅向上层进程提供少量的、抽象的接口
能够'保证OS与设备无关'
    无需重新编译整个OS便可增添新的设备驱动程序，以方便新的I/O设备的安装。如即插即用
能够提高处理机和I/O设备的'利用率'
能够对I/O设备进行'控制'
    采用轮询的可编程I/O方式
    采用中断的可编程I/O方式
    直接存储器访问方式DMA
    I/O通道方式
能够确保对设备的'正确共享'
    独占设备 互斥
    共享设备 允许多个进程同时访问 磁盘
能够'处理错误'
    临时性错误，可通过重试操作来纠正，只有在发生了持久性错误时，才需要向上层报告

'字节多路'通道 
    有许多非分配型子通道（一个通道连接多个逻辑设备）,按时间片轮转方式共享主通道。
    以'字节'为单位传输信息,分时地执行'多个'通道程序
    
'数组选择'通道 
    选择通道是按数组方式进行数据传送，每次传送一批数据，故传送速度很高
    在一段时间内只能执行一个通道程序，只允许一台设备进行数据传输
    '独占性'
    
'数组多路'通道 
    结合了数组选择通道'传送速度高'和字节多路通道能进行'分时并行操作'
    某设备进行数据传送时，通道只为该设备服务；当设备在执行寻址等控制性动作时，通道暂时断开与该设备的连接，挂起该设备的通道程序，去为其他设备服务，即执行其他设备的通道程序
    含有多个非分配型的子通道,一段时间内可以执行多道通道程序
    

'容量'='盘面'×'磁道'×'扇区'