操作系统（Operator System)

1.操作系统：

操作系统是一系列程序的集合，它负责组织和管理程序，并方便用户使用。操作系统又称中断驱动处理，即通过中断来进行其他任务的执行。

2.操作系统分类：

⑴批处理：将程序统一输入到一个程序中，集中进行处理。特点：减少人为操作的耗时，耗时少。

⑵单机多道：同时执行多个程序，将多个程序载入内存中。特点：执行的运行多个程序，进行进程和作业的调度；多道系统中涉及两个调度：作业调度和进程调度。

⑶分时系统：将CPU的执行时间划分为多个时间片，（这个时间片最少应该大于轮换（切换进程所消耗的时间）的时间）。特点 ：交互性，即时性；对该系统的影响因素有：时间片的大小，用户数，对换的数据量；

⑷实时系统：严格的时间限制，精准的时间控制。eg：导弹发射系统。

注意：前三个都是通用系统，可以用于多个场景，而第四个是专用系统，只能用于特定的场景。

3.进程（速记：程序，进程，进程状态，进程的PCB结构,进程的调度，调度算法，进程之间的通信）

进程：一个运行的程序，根据进程数据的不同分为不同的进程；

⑴进程与程序的区别：进程是动态的，程序是静态的；进程有生命周期，创建，就绪，运行，阻塞，终止，程序则没有生命周期；进程=程序+进程控制块（PCB）+数据；一个程序可以对应多个进程，一个进程也可对应多个程序。

⑵进程的状态：创建，就绪，运行，阻塞，终止。主要状态为就绪，运行，阻塞。

                

就绪：进程已经获得除了CPU之外的所有资源，等待被调度；

运行：进程已经获得CPU，程序正在被CPU处理；

阻塞：正在运行的进程，由于某个时间而无法继续进行，而放弃CPU处于阻塞队列中，引起阻塞原因有：I/O，申请缓冲区被满足，信号量等。

进程之间的状态转换以及举例：

就绪-运行：处于就绪状态的进程，进程调度获得CPU后。eg:当CPU空闲，且进程处于就绪状态；或 当运行进程阻塞，特定的就绪进程就会被选择并运行。

运行-就绪：处于执行状态的进程，分配给进程的时间片执行完毕后，进程转为就绪状态。eg:进程锁获得CPU的时间片使用完毕，但是进程还没有运行完。

运行-阻塞：处于执行状态的进程，在遇到某事，无法继续，进程转为阻塞状态；eg:运行的进程需要等待键盘的输入。

阻塞-就绪：处于阻塞状态的进程，等待的事件完成，进程转为就绪状态。eg:键盘的输入完成，进程就转为就绪状态，重新竞争CPU资源。

⑶进程的信息：进程的区分，状态，位置都在PCB中记录，通过PCB中的进程号来确认来区分进程，进程在主存中的位置通过PCB中进程的起始地址和分配长度，PCB中有描述进程所有的状态。

⑷进程控制块(PCB):在主存的系统区中有一区块存储PCB，它是一个数据结构，里面有进程的所有信息，状态，位置，进程号，PCB随进程的创建而创建，PCB是进程创建的唯一标准。

⑸进程在哪等待：

队列：

作业队列：在批处理中，从外存加载信息到主存；进程队列：从主存中选择准备好的进程；设备队列：用到哪个设备的时候，进程到相应的设备上等待；注意进程排队的是PCB。

针对调度作业和进程的调度又分为：高级调度：（一般指的是作业），从后备队列中选择满足条件的作业放入到内存，然后将准备好的进程，放入到就绪队列；低级调度：（一般指的是进程），从就绪队列中选择进程；

⑺进程的调度算法：(对进程和作业通用）

①FCFS:First-Come-First-Service ,先来先服务，从就绪队列汇总选择最先进入该队列的进程，分配CPU,注意不是先进先出，因为最先执行的进程不一定先执行完。特点：简单，效率低。

②SJF:Short- Job -First,短作业优先,即从就绪队列中选择一个运行时间较短的进程，分配CPU。特点：出现饥饿，没有判断进程的紧迫程度。

③Priority:优先级调度算法，从就绪队列中选择一个优先级最高的进程，分配CPU。分为：非剥夺式优先级调度算法：即在进程的运行中，如果就绪队列中来了一个优先级比运行进程的优先级还高的进程，则等待运行进程获得的CPU时间片运行完或者等待其阻塞，才可以后来的最高级的进程。剥夺式优先级调度算法：即在进程的运行中，如果就绪队列中来一个优先级比运行进程的优先级还高的进程，则将运行的进程加入到阻塞队列中，运行新来的更高级别的进程。特点:出现饥饿。

④时间片轮换：适用于分时系统，系统将所有就绪进程按到达时间的先后次序排成一个队列，进程调度程序总是选择就绪队列中第一个进程执行，即先来先服务的原则，但仅能运行一个时间片，在使用完一个时间片后，即使进程并未完成其运行，它也必须释放出（被剥夺）处理机给下一个就绪的进程，而被剥夺的进程返回到就绪队列的末尾重新排队，等候再次运行。如果有I/O，则进入阻塞队列。注意：时间片的大小对算法有影响，最小时间片应该大于进程切换所消耗的时间。

⑤多级反馈队列：时间片轮转调度算法和优先级调度算法的综合，动态调整进程优先级和时间片大小。具体过程为：

Ⅰ.多个优先级不同的就绪队列，队列优先级依次降低，同时每个队列所分配的CPU时间片也不相同，越高级的队列时间片越少。

Ⅱ.当进程进入内存，按照FCFS算法，放入一级队列中，然后当进程被执行，如果在规定的时间片内没有完成，则放入二级队列的末尾，在按照FCFS算法进行调度，依次类推，将在上一级队列中未完成的进程放入到下一级别。

Ⅲ.当第一级队列为空时，才调用第二级别队列中的进程运行，对于新的较高的优先级的进程的进入，则采用剥夺式优先级算法，将正在运行的进程放入原先的队列的末尾，将CPU分配给更高优先级的进程。

特点是：解决优先级算法的饥饿问题。对于优先级高的大任务，则执行，但也给与其他优先级低的进程分配CPU资源。

⑻进程的分类：I/O型:主要操作是输入输出；CPU型：主要操作是进行计算。

⑼进程的创建：进程资源共享：①子进程和父进程共享所有资源；②子进程是父进程的子集；③父进程和子进程不共享任何资源。

子进程和父进程执行：①可并行；②父进程等待子进程运行；

⑽进程的终止：①正常终止：进程状态为终止状态，即删除进程，回收PCB；②非正常终止：父进程杀掉子进程；子进程不需要时，杀掉子进程；父进程被终止时，则递归杀死子进程。

⑼进程的通信：

关系：独立进程，互不影响；协作进程，共同完成一个任务；

交互：共享主存，两个进程在主存中有共享区间；消息传递，没有共享主存，进行send,recive系统调用；

进程通信：①建立链路；②send,recv来传递；

可分为：直接通信和间接通信；

直接通信：知道进程名，链路自动连接，只能在两个进程间创建；

间接通信：通过邮箱，进程之间共享通信。

⑽进程的同步

使用信号量来表示，wait(),signal()，wait()只能与signal()匹配，进程对资源的访问使用信号量来进行限制，对于进程wait（）,表示进程获取信号量，可以访问临界资源，对于信号量的释放，只能使用signal()，来表示进程已经从临界区执行完毕，释放临界资源，当一个进程使用信号量访问资源的时候，其他的进程想要访问临界资源，则会去排队，只有释放临界资源，才会从队列中根据调度算法，选择一个进程来使用临界资源，这个和Java中的同步机制一样，使用锁，锁可以是对象，当用户访问资源的时候，使用锁，获取锁资源，当执行完临界资源后，释放锁资源，在这期间（即有进程正在使用临界资源），当其他用户想要使用临界资源的时候，会检查访问对象时候有锁资源，如果没有，则会在对象（锁）的队列中进行等待，直到锁资源释放，从队列中选择一个用户进行唤醒。

 

 

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