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操作系统基本概念

• 操作系统：

  组织和管理软件、硬件资源以及计算机系统中的工作流程，并控制程序的执行，向用户提供接口。

操作系统的五大部分

1. 进程管理：进程控制、进程同步、进程通信、进程调度
2. 文件管理：文件存储空间管理、目录管理、文件的读写管理、存取控制
3. 存储管理：存储分配与回收、存储保护、地址映射、贮存扩充
4. 设备管理：对硬件设备管理，对输入输出设备的分配、启动、完成和回收
5. 作业管理：任务、界面管理，人机交互、图形界面、语音控制、虚拟现实

只有有了操作系统，用户才有了可以交互的界面

操作系统的分类

批处理操作系统

• 单道批：

  一次一个作业入内存，作业由程序、数据、作业说明书组成

• 多道批：

  一次多个作业入内存，特点：多道、宏观上并行微观上串行

按照顺序依次处理指令

分时操作系统

把时间进行分割

• 采用时间片轮转的方式为多个用户提供服务，每个用户感觉独占系统

特点：

• 多路性、独立性、交互性和及时性

实时操作系统

实时控制系统和实时信息系统

• 实时控制系统

交互能力要求不高，可靠性要求高

设备两端精准度要求高、延迟性低

• 实时信息系统

网络操作系统

方便有效共享网络资源，提供服务软件和有关协议的集合

主要的网络操作系统由：Unix、Linux和Windows server系统

分布式操作系统

任意两台计算机可以通过通信交换信息

是网络操作系统系统的更高级形式，具有透明性、可靠性和高性能等特性

微机操作系统

Windows：

• Microsoft开发的图形用户界面、多任务、多线程操作系统

Linux：

• 免费使用和自由传播的类Unix操作系统，多用户、多任务、多现场和多CPU的操作系统

嵌入式操作系统

运行在智能芯片环境中

特点：

• 微型化、可定制、实时性、可靠性、易移植性

用例：微波炉、电视机、冰箱等，运行在智能芯片基础上的设备

进程管理

进程的三态模型

进程管理（处理机管理）：

• 在计算机系统中资源分配和独立运行的基本单位

信号量机制

信号量S

• 整型变量，根据控制对象进行复制

S>=0表示资源可用数

n：n个资源

m：m个进程

n-m = r范围；如果结果r<0，则表示有|r|个进程程序需要排队等待

死锁

多个进行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，它们都将无法再向前推进

同步和互斥

进程通信：

• 各个进程交换信息的过程

分类：

• 同步（直接制约）、互斥（申请临界资源简介制约）

同步

当同时有多个进程需要执行任务，这就会产生执行任务时间不同步

• 先抵达处理器的进程任务经过等待其他线程任务来到处理器执行
• 这样就可以多个任务一同进入处理器

互斥

当同时有多个进程需要执行任务，这就会产生，进程之间没有进行同步操作

• 彼此进程之间不会相互等待

申请释放

P：申请一个资源

V：释放一个资源

S：信号数量（S并不是一个具体含义）

每次执行P或V操作都会进行对应的S-1和S+1操作；

• 只有符合对应判断标准才会阻塞进入进程队列

互斥模型

多进程共享一台打印机

P（S）：使用打印机

V（S）：执行后续代码

互斥信号量S的初始值为1

打印机一次只能执行一个进程

• P和V操作是配套的

流程：

1. 进程A首先申请处理资源
2. 若申请处理资源成功，则直接进入处理
3. 申请处理资源不成功，将任务放入阻塞队列进行等待，跟随队列执行顺序进入处理

同步模型

单缓冲区生产者、消费者问题

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