4.1 操作系统概述

        4.1.1 操作系统的基本概念

                硬件资源：中央处理器、存储器和输入/输出设备

                软件资源：以文件形式保存在存储器上的程序和数据等信息

                操作系统：能有效的组织和管理系统中各种软硬件资源，合理的组织计算机系统工作流程，控制程序的执行，并且想用户提供一个良好的工作环境和友好的接口

                操作系统作用：通过资源管理提高计算机系统的效率；改善人机界面想用户提供友好的工作环境

                操作系统特征：并发性、共享性、虚拟性和不确定性

                操作系统的功能：处理机/进程管理、文件管理、存储管理、设备管理和作业管理        

        4.1.2 操作系统分类及特点

                操作系统分类：批处理、分时、实时、网络、分布式、微型计算机和嵌入式

        4.1.3 操作系统的发展

                促使操作系统发展的因素有：硬件的不断升级与新硬件产品出现；新的服务需求；修补操作系统自身的错误

    4.2 进程管理

        4.2.1 基本概念

                进程的组成：由程序、数据和进程控制块组成

                进程控制块：

                程序：描述了进程需要完成的功能

                数据：包括程序执行时所需的数据及工作区

                进程的状态：新建、运行（该进程在处理机上运行）、就绪（该进程获得了除处理机外的一切所需资源，一旦得到处理机即可运行）、阻塞（因其他事件发生而暂时停止运行）和终止

        4.2.2 进程的控制

                进程控制：对系统中所有的进程从创建到消亡的全过程实施有效的控制

        4.2.3 进程间的通讯

                进程通讯：各个进程交换信息的过程

                同步与互斥

                临界区管理原则：有空即进、无空则等、有限等待、让权等待

                信号量机制

                高级通信原语：共享存储模式、消息传递模式和管道通信

        4.2.4 管程

                基本思路：采用资源集中管理的方法，将系统中的资源用某种数据结构抽象的表示出来

        4.2.5 进程调度

                进程调度方式：指有更高优先级的进程来时，如何分配CPU，可剥夺和不可剥夺

                三级调度：高级调度决定谁进入主系统进入就绪状态；中级调度决定就绪状态的进程谁进入内存；低级调度决定内存中的进程谁可以占用CPU

                调度算法：先来先服务、时间片轮转、优先级调度和多级反馈调度

        4.2.6 死锁

                死锁：是指两个以上的进程互相都要求对方已经暂由的资源导致无法继续运行下去

                死锁举例：进程推进顺序不当引起死锁、同类资源分配不当引起死锁、PV操作不当引起死锁

                死锁产生的必要条件：互斥、请求保持、不可剥夺和环路

                死锁处理策略：鸵鸟策略、预防策略、避免策略和检测与解除策略

        4.2.7 线程

                线程：轻型进程，具有进程中的一个实体，被系统独立分配和调度的基本单位

                线程分类：用户级线程--不依赖内核和系统调用、内核支持线程-依赖内核和系统调用

    4.3 存储管理

        4.3.1 基本概念

                存储器的结构：寄存器--缓存-内存--外存；虚拟地址、地址空间、存储空间

                地址重定位：指逻辑地址变换成主存物理地址的过程（由是否在运行是进行重定位来分成：静态、动态）

        4.3.2 存储管理方案

                存储管理方案：分区、分页、分段、段页式和虚拟

                分区存储管理：把主存的用户区划分成若干个区域，每个区域分配给一个用户作业使用，并限定他们只能在自己的区域运行；分为固定分区、可变分区和可重点位分区

        4.3.3 分页存储管理

                分页原理：将进程的地址空间划分成若干个大小相等的区域，即为页，相应的，将主存空间划分成与页相同大小的个若干个物理块，在为进程分配主存时，将进程中若干页分别装入多个不相邻的块中

        4.3.4 分段存储管理

                分段存储方式：作业的地址被划分成若干个段，每个段是一组完整的逻辑信息，每个段有自己的名字，都是从0开始编制的一段连续的地址空间，隔断的长度不等

        4.3.5 段页式存储管理

                段页式基本原理：现将整个主存划分成大小相等的存储块，将用户程序按程序的逻辑关系划分成若干个段，并为每个段赋予段名，再将每个段划分成若干页，以页为单位离散分配

        4.3.6 虚拟存储管理

                将作业的部分装入主存开始运行，待需要时再将剩余的部分装入内存，这样看起来该系统所具有的主存容量将比实际主存容量大很多，具有调入和置换功能

                实现方式：请求分页系统、请求分段系统、请求段页式系统

    4.4 设备管理

        4.4.1 设备管理概述

                设备管理包括各种设备分配、缓冲区管理和实际屋里I/O设备操作

                设备：计算机系统与外界交互的工具，负责计算机与外部的输入输出

                I/O 系统：负责管理设备和输入/输出的机构，由设备、控制器、通道、总线和I/O软件

                分类：按数据组织，块设备、字符设备；按功能，输入设备、输出设备、存储设备、网络联网设备、供电设备等；按资源分配，独占设备、共享设备和虚拟设备；按数据传输，低速设备、中速设备和高速设备

                设备管理的技术：中断技术、DMA技术、通道技术和缓冲技术

        4.4.2 I/O软件

                I/O设备管理软件分层：中断处理程序、设备驱动程序、与设备有关的系统软件和用户级设备

        4.4.3 设备管理采用的相关技术

                通道技术：使数据传输独立于CPU，设置通道后CPU只需向通道发出I/O命令，通道获取命令后从主存中获取本次I/O要执行的通道程序并执行，当完成后向CPU发出中断信息

                DMA技术：直接主存存取是指数据在内存与I/O设备间直接成块传送，即在主存和I/O设备间传输数据块的过程中不需要CPU的任何干涉，CPU至在过程开始启动和过程结束时处理，实际操作由DMA硬件直接执行完成

                缓冲技术：可以提高外设利用率，可以采用硬件缓冲--由专门的硬件寄存器最为缓冲和软件缓冲--通过操作系统来管理缓冲

                Spooling技术：用一类物理设备模拟另一类屋里设备的技术，是使独立使用的设备变成多台虚拟设备的一种技术，也是一种速度匹配技术，由预输入程序、缓输出程序和井管理程序以及输入输出井组成

        4.4.4 磁盘调度

                调度原因：磁盘被多进程共享，同一时间只允许一个进程进行读写操作，因此需要一种合适的调度算法，使各进程对磁盘的平均访问时间最小

                磁盘调度的目标：使磁盘的平均寻道时间最少

                常用的磁盘调度算法：先来先服务、最短寻道时间优先、扫描算法、单向扫描调度算法

    4.5 文件管理

        4.5.1 文件与文件系统

                文件：具有符号名，在逻辑上具有完整意义的一组相关信息项的集合，包含文件体和文件说明

                文件体：文件真实的内容

                文件说明：操作系统为管理文件所用到的信息，文件名、文件内部标识、文件的类型、文件存储地址、文件的长度、访问权限、建立时间和访问时间等

                文件管理系统：操作系统实现文件统一管理的一组软件和相关数据的集合，专门负责管理和存取文件信息的软件机构

                文件系统的功能：按名存取、统一用户接口、安全性控制、优化性能、差错恢复

                文件类型：按性质和用途，系统文件、库文件和用户文件；按信息保存期限，临时文件、档案文件和永久文件；按保护方式，只读文件、读写文件、可执行文件和不保护文件；unix，普通文件、目录文件和设备文件

                文件系统类型：FAT/Vfat/NTFS/Ext2/HPFS

        4.5.2 文件的结构和组织

                逻辑结构：分为有结构的记录式文件和无结构的流式文件

                物理结构：分为连续结构、链式结构、索引结构和多物理块的索引表

        4.5.3 文件目录

                文件控制块：系统为每个文件设置的用于描述和控制文件的数据结构，至少包含文件名和存放文件的物理地址；包含基本信息类、存取控制信息类和使用信息类信息

                文件目录：文件控制块的有序集合

                目录结构：一级目录结构--一个线性结构、二级目录结构-由主文件目录和用户目录组成、多级目录结构--有根树

        4.5.4 存取方法与存储空间的管理

                文件存取方法：顺序存取--按顺序依次读写和随机存取--按任意次序随机读写

                磁盘分配表：外存空间管理的数据结构

                空闲空间的管理方法：空闲区表、位示图、空闲块链、成组链接法

        4.5.5 文件的使用

                操作系统线用户提供的命令：目录管理类、文件操作类、文件监理类

        4.5.6 文件的共享和保护

                文件链接：硬链接和符号链接

                文件保护：采用存取控制的方式，即不同的用户对文件的访问规定不同的权限，实现方式有：存取控制矩阵、存取控制表、用户权限表、密码

        4.5.7 系统的安全与可靠性

                文件安全性管理级别：系统级、用户级、目录级和文件级

                系统级：不允许未经授权的用户进入系统，主要措施有注册和登录

                用户级：对用户进行分类和对制定用户分配权限

                目录级：为保护系统中各种目录设计，规定只有系统核心才有写目录的权利

                文件级：通过设置文件属性控制对文件的访问

                文件系统可靠性：系统抵抗和预防各种物理和人为破坏的能力，一般采用：转储和恢复、日志文件、文件系统一致性

    4.6 作业管理

        4.6.1 作业与作业控制

                作业：系统为完成用户的计算任务所做的工作总和，由程序、数据和作业说明书组成

                作业管理程序：操作系统用来控制作业进入、执行和撤销的程序   

                作业状态：提交、后备、执行和完成

                作业控制块：记录与该作业有关的各种信息的登记表    

        4.6.2 作业调度

                常用的作业调度算法：先来先服务、短作业优先、响应比高优先、优先级调度算法、均衡调度算法

                作业调度算法性能的衡量指标：平均周转时间和平均带权周转时间

        4.6.3 用户界面

                用户界面：实现用户与计算机通信的软硬件总称

                用户界面的发展阶段：控制面板式、字符、图形和新一代