操作系统 读书笔记
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              ——《操作系统》

《操作系统》
1 操作系统发展史
2 进程和线程
3 内存管理
4 文件系统(Linux)
5 设备管理
1 操作系统发展史
1.1引言 与朱元思书译文翻译
操作系统诞生距今已经有了几十年的时间，它是计算机资源的管理者。最初的人们是没有操作系统来对计算机加以控制的，一直都处于人工管理方式来对计算机进行操作和管理，人机交互之间出现了人工手动的低速和计算机的高速处理形成了尖锐的矛盾，资源利用率非常的低，从而导致计算机的效率十分低下。为了解决人工干预和CPU速度不匹配的矛盾，提高计算机的使用效率，后来出现了世界上第一个的操作系统——脱机输入/输出，用户先将卡片输入到纸带机，然后通过卫星机的处理，将纸带的数据高速写入磁带，主机运行时再将磁带上的数据高速读入内存，输出也可以这样中转，由于数据的读取和写入是脱离主机运行的，所以这样的处理方式称为脱机输入/输出方式。虽然脱机输入输出方式进一步提高了计算机的运行效率，但是在计算机工作过程中还是需要人工进行干预，后来就出现了批处理系统。在批处理系统中，操作员将一批作业输入进磁带中，然后运行第一个程序，当第一个作业完成后自动读入下一个作业，直至所有作业全部完成。由于该类系统的内存中只能保持一个作业运行，所以这类系统又称为单通道批处理系统。到了20世纪60年代出现了多道批处理系统能够做到计算机内存中的作业并发执行。直到后来出现的分时操作系统能够让多个用户共同使用一个操作系统可以随时和计算机进行交互，并且让各个用户都感受不到其他用户的存在。随着计算机技术的发展，越来越多的用户希望操作系统能
够实时地对用户进行反馈，在1980年，为了让计算机能够实时地反馈，后来又出现了实时操作系统，对冶炼、发电、炼油、化工、机械加工等的自动控制起到了重要作用。
1.2 无操作系统
1)手工
特点：（1）用户独占全机（2）CPU等待人工操作
问题：（1）计算机处理能力低（2）计算机工作效率低
2)脱机输入/输出方式
特点：数据的输入输出是在脱离主机的控制下完成的，通常是在外围机的控制下完成的
优点：（1）减少了CPU的空闲时间，缓和了人机矛盾（2）提高了I/O速度
1.3 单道批处理系统
特点：利用磁带将若干个作业分类编成作业执行序列，每个批作业由一个专门的监督程序
自动依次处理。
批：供一次加载的磁带或磁盘，通常由若干个作业组装成，在处理中使用相同的系统软件。
批作业组成：用户程序、数据、作业说明书（作业控制语言）
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特征：（1）自动性—顺利情况下，磁带上的作业能自动地逐个依次进行（2）顺序性—先调入内存地作业先完成（3）单道性—内存中仅有一道程序运行，当该程序完成或发生异常时，才调入其后继程序进入内存执行。
1.4多道批处理系统
背景：60年代硬件两重大发展：中断技术和通道技术
1.4.1中断技术
中断处理过程：中断请求，中断响应，中断点（暂停当前任务并保存现场），中断处理例程，中断返回（恢复中断点地现场并继续原有任务）。
中断分类：硬件中断，包括硬件故障中断、I/O中断和外部中断；软件中断，包括程序中断（例如地址越界虚存管理中缺页等）和访管中断（由访管指令产生，程序员使用访管指令向操作系统请求服务，产生一个中断事件（自愿中断），将操作系统转换为核心态）。
1.4.2通道（又称I/O处理机）
实际上是一台功能单一、结构简单的I/O处理机，它单独与CPU，并直接控制外部设备，与内存进行数据传输。
有专用的I/O处理器，可与CPU并行工作。具有自己的指令，可编程实现各种复杂的I/O处理。
多道程序设计原理：在计算机内存中同时存放几道相互独立的程序，它们在管理程序的控制下相互穿插地运行，共享CPU和外设等资源。
优点：（1）资源利用率高—CPU和内存（2）系统吞吐量大—吞吐量指单位时间内处理作业的个数
缺点：（1）用户交互性差—作业完成或出错时，才与用户交互（2）作业平均周转时间长—短作业的周转时间明显增长 。
核心技术：
（1）作业调度—作业的现场保护和恢复。
（2）资源共享—-资源的竞争与同步。
（3）内存使用—由CPU执行的程序提供足够的内存。
（4）内存保护–系统存储区和各应用程序存储区不可冲突，即存储保护。物流管理书籍
（5）文件非顺序存放、随机存取。
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出现的问题：
（1）处理机管理问题—多道程序之间如何分配被它们共享的处理机。
（2）内存管理问题—为每道程序分配必要的内存空间。
（3）I/O设备管理问题—多种I/O设备供多道程序所共享。
（4）文件管理问题—系统中大量的程序和数据一文件形式存在，如何组织。
（5）作业管理问题
调度方式：CPU有两种作业调度的方式，非抢占方式和抢占方式。
1.4 分时系统
1）用户需求：（1）人机交互（2）共享主机（3）方便上机
2）实现方法：（1）及时接收—系统配置多路卡，与各终端连结，每个终端配置一个缓冲区，暂时接受各用户键入的命令和数据（2）及时处理—每个用户键入命令后，能控制自己作业的运行，并及时得到处理。各作业都必须在内存中，在响应周期内都能得到执行。方法：将响应周期分为很短的时间片，每个作业占用一个时间片轮流执行，不允许某个作业长期占用处理机。 周杰伦 彩虹
3）特点：（1）多路性—多用户同时操作使用计算机（2）独占性—各终端用户感觉到自
己独占了计算机（3）及时性—用户请求在很短时间内响应（4）交互性
4）调进和调出（实现分时系统的重要方式）：（1）主存–后援存储器方式–内存只存放一个当前执行作业，其他外存上（2）多流调入调出方式—主存中同时存在一个当前执行作业和多个后备作业
5）响应时间：用户发出一条值另到系统处理完这条指令并做出回答所需要的时间。响应时间T与时间片q和用户个数n之间的关系为T=nq。英语四级准考证号回
1.5 实时系统
主要用于过程控制、事务处理等有实时要求的领域，一般有特殊用途。 
    分类：（1）实时控制—宇航自动控制、生产过程控制（2）实时信息处理系统—飞机订票 、股票交易 
    特征：（1）实时时钟管理（2）中断管理（3）系统容错管理（4）多重任务管理（5）系统生成能力

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