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2.3.1 主要知識(shí)點(diǎn)
掌握操作系統(tǒng)的類(lèi)型、功能、層次結(jié)構(gòu)和進(jìn)程概念，以及作業(yè)、處理機(jī)、存儲(chǔ)、文件和設(shè)備等管理的原理和方法。
2.3.1.1 操作系統(tǒng)類(lèi)型和功能
根據(jù)使用環(huán)境和對(duì)用戶作業(yè)的處理方式劃分，操作系統(tǒng)的基本類(lèi)型可以分為批處理操作系統(tǒng)、分析操作系統(tǒng)和實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)3大類(lèi)型。
分時(shí)操作系統(tǒng)使多個(gè)用戶同時(shí)以會(huì)話方式控制自己程序的運(yùn)行，每個(gè)用戶都感到似乎各自有一臺(tái)獨(dú)立的、支持自己請(qǐng)求服務(wù)的系統(tǒng)。
實(shí)時(shí)系統(tǒng)往往是專(zhuān)用的，系統(tǒng)與應(yīng)用很難分離，常常緊密結(jié)合在一起。實(shí)時(shí)系統(tǒng)并不強(qiáng)調(diào)資源利用率，而更關(guān)心及時(shí)性(時(shí)間緊迫性)、可靠性和完整性。實(shí)時(shí)系統(tǒng)又分成實(shí)時(shí)過(guò)程控制與實(shí)時(shí)信息處理兩種。
網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下的操作系統(tǒng)又分成網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)和分布式操作系統(tǒng)。分布式操作系統(tǒng)要求一個(gè)統(tǒng)一的操作系統(tǒng)，負(fù)責(zé)全系統(tǒng)的資源分配和調(diào)度，為用戶提供統(tǒng)一的界面。它是一個(gè)邏輯上緊密耦合的系統(tǒng)。而網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)用戶則需指明欲使用哪一臺(tái)計(jì)算機(jī)上的哪個(gè)資源。
操作系統(tǒng)主要有5個(gè)功能模塊：處理器管理、存儲(chǔ)管理、設(shè)備管理、文件管理和用戶接口。
2.3.1.2 進(jìn)程和進(jìn)程管理
(1)進(jìn)程
進(jìn)程是一個(gè)程序關(guān)于某個(gè)數(shù)據(jù)集的一次運(yùn)行。也就是說(shuō)，進(jìn)程是運(yùn)行中的程序，是程序的一次運(yùn)行活動(dòng)。相對(duì)于程序，進(jìn)程是一個(gè)的概念，而程序是靜態(tài)的概念，是指令的集合，因而進(jìn)程具有動(dòng)態(tài)性和并發(fā)性。
在操作系統(tǒng)中進(jìn)程是進(jìn)行系統(tǒng)資源分配、調(diào)度和管理的最小單位，注意，現(xiàn)代操作系統(tǒng)中還引入了線程(Thread)這一概念，它是處理器分配資源的最小單位。
(2)進(jìn)程的狀態(tài)及其轉(zhuǎn)換
多道系統(tǒng)中，進(jìn)程的運(yùn)行是時(shí)走時(shí)停的。它在處理器上的交替運(yùn)行，使它的運(yùn)行狀態(tài)不斷地變化著，最基本的狀態(tài)有3種，即運(yùn)行、就緒和阻塞。
•運(yùn)行：正占用處理器。
•就緒：只要獲得處理器即可運(yùn)行。
•阻塞：正等待某個(gè)事件的發(fā)生。
(3)進(jìn)程控制塊
進(jìn)程是一個(gè)動(dòng)態(tài)的概念，在操作系統(tǒng)中，引入數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)--進(jìn)程控制塊(簡(jiǎn)記為PCB)來(lái)標(biāo)記進(jìn)程。PCB是進(jìn)程存在的唯一標(biāo)志，PCB描述了進(jìn)程的基本情況。從靜態(tài)的觀點(diǎn)看，進(jìn)程由程序、數(shù)據(jù)和進(jìn)程控制塊組成；從動(dòng)態(tài)的觀點(diǎn)看，進(jìn)程是計(jì)算機(jī)狀態(tài)的一個(gè)有序集合。
程序是進(jìn)程運(yùn)行所對(duì)應(yīng)的運(yùn)行代碼，一個(gè)進(jìn)程對(duì)應(yīng)于一個(gè)程序，一個(gè)程序可以同時(shí)對(duì)應(yīng)于多個(gè)進(jìn)程，這個(gè)程序代碼在運(yùn)行過(guò)程中不會(huì)被改變，常稱為純碼程序或可重入程序，他們是可共享的程序。
進(jìn)程控制塊保存進(jìn)程狀態(tài)、進(jìn)程性質(zhì)(如優(yōu)先程度)、與進(jìn)程有關(guān)的控制信息(如參數(shù)、信號(hào)量和消息等)、相應(yīng)隊(duì)列和現(xiàn)場(chǎng)保護(hù)區(qū)域等。進(jìn)程控制塊隨著進(jìn)程的建立而產(chǎn)生，隨著進(jìn)程的完成而撤消。
PCB是操作系統(tǒng)核心中最主要的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)之一，它既是進(jìn)程存在的標(biāo)志和調(diào)度的依據(jù)，又是進(jìn)程可以被打斷并能恢復(fù)運(yùn)行的基礎(chǔ)。操作系統(tǒng)核心通過(guò)PCB管理進(jìn)程，一般PCB是常駐內(nèi)存的，尤其是調(diào)度信息必須常駐內(nèi)存。
(4)進(jìn)程管理
在操作系統(tǒng)中有許多進(jìn)程，它們對(duì)應(yīng)著不同的或相同的程序，競(jìng)爭(zhēng)地使用著系統(tǒng)的資源。進(jìn)程管理涉及到進(jìn)程控制、隊(duì)列管理和進(jìn)程調(diào)度等。
進(jìn)程的生命過(guò)程從它被創(chuàng)建時(shí)開(kāi)始，直至任務(wù)終止而撤消，其間會(huì)經(jīng)歷各種狀態(tài)的轉(zhuǎn)換，它們都是在操作系統(tǒng)控制下完成的。操作系統(tǒng)提供了對(duì)進(jìn)程的基本操作，也稱為原語(yǔ)。這些原語(yǔ)包括創(chuàng)建原語(yǔ)、阻塞原語(yǔ)、終止原語(yǔ)、優(yōu)先級(jí)原語(yǔ)和調(diào)度原語(yǔ)。
進(jìn)程調(diào)度即處理器調(diào)度，它的主要功能是確定在什么時(shí)候分派處理器，并確定分給哪一個(gè)進(jìn)程。在分時(shí)系統(tǒng)中，一般有一個(gè)確定的時(shí)間單位(時(shí)間片)。當(dāng)一進(jìn)程用完一個(gè)時(shí)間單位時(shí)，就發(fā)生進(jìn)程調(diào)度，即讓正在運(yùn)行的進(jìn)程改變狀態(tài)并轉(zhuǎn)入就緒隊(duì)列的隊(duì)尾，再由調(diào)度原語(yǔ)將緒隊(duì)列的首進(jìn)程取出，投入運(yùn)行。
進(jìn)程調(diào)度的方法基本上分為兩類(lèi)：非剝奪調(diào)度與剝奪調(diào)度。所謂非剝奪調(diào)度是指一旦某個(gè)作業(yè)或進(jìn)程占有了處理器，別的進(jìn)程就不能把處理器從這個(gè)進(jìn)程手中奪走；相反，如果別的進(jìn)程可將處理器從這個(gè)進(jìn)程手中奪走則是剝奪調(diào)度。
進(jìn)程調(diào)度的算法采用服務(wù)于系統(tǒng)目標(biāo)的策略，對(duì)于不同的系統(tǒng)與系統(tǒng)目標(biāo)，常采用不同的調(diào)度算法，如先來(lái)先服務(wù)、優(yōu)先數(shù)調(diào)度和輪轉(zhuǎn)法等。
(5)管程
管程是一種并發(fā)性的構(gòu)造，包括用于分配一個(gè)特定的共享資源或一組共享資源的數(shù)據(jù)和過(guò)程。為了完成分配資源的功能，進(jìn)程必須調(diào)用特定的管程入口。許多進(jìn)程可能打算在不同的時(shí)間進(jìn)入管程，但在管程邊界上嚴(yán)格地實(shí)施互斥，在某一時(shí)刻，只允許一個(gè)進(jìn)程進(jìn)入。當(dāng)管程中已有一個(gè)進(jìn)程時(shí)，其他希望進(jìn)入管程的進(jìn)程必須等待。這種等待是由管程自動(dòng)管理的。
管程中的數(shù)據(jù)或者是管程中所有的全局變量，或者是某個(gè)特定過(guò)程的局部變量。所有這些數(shù)據(jù)只能在管程內(nèi)訪問(wèn)，在管程外的進(jìn)程無(wú)法訪問(wèn)管程內(nèi)的數(shù)據(jù)，這叫做信息掩蔽。
2.3.1.3 存儲(chǔ)管理
現(xiàn)代計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中的存儲(chǔ)系統(tǒng)常是多級(jí)存儲(chǔ)體系，至少有主存(內(nèi)存)和輔存(外存)兩級(jí)，有的系統(tǒng)有更多級(jí)數(shù)。主存大小由系統(tǒng)硬件決定，是實(shí)實(shí)在在的存儲(chǔ)，它的存儲(chǔ)容量受到實(shí)際存儲(chǔ)單元的限制。虛擬存儲(chǔ)(簡(jiǎn)稱虛存)不考慮實(shí)際主存的大小和數(shù)據(jù)存取的實(shí)際地址，只考慮相互有關(guān)的數(shù)據(jù)這間的相對(duì)位置，其容量由計(jì)算機(jī)的地址的位數(shù)決定。
2.3.1.4 設(shè)備管理
設(shè)備管理是對(duì)計(jì)算機(jī)輸入/輸出系統(tǒng)的管理。其主要任務(wù)有：實(shí)現(xiàn)對(duì)外部設(shè)備的分配和回收；啟動(dòng)外部設(shè)備；控制輸入/輸出設(shè)備與處理器或主存間交換數(shù)據(jù)；實(shí)現(xiàn)對(duì)磁盤(pán)的調(diào)度；處理設(shè)備的中斷；實(shí)現(xiàn)虛擬設(shè)備等。
外部和主存之間常用的傳輸控制方式有4種：程序控制方式、中斷方式、直接存儲(chǔ)訪問(wèn)(DMA)方式和通道方式。
2.3.1.5 文件管理
(1)文件系統(tǒng)
操作系統(tǒng)的文件系統(tǒng)包括兩個(gè)方面：一方面包括負(fù)責(zé)管理文件的一組系統(tǒng)軟件，另一方面包括被管理的對(duì)象文件。文件系統(tǒng)的主要目標(biāo)是提高存儲(chǔ)器的利用率，接受用戶的委托，實(shí)施對(duì)文件的操作。主要問(wèn)題是管理輔助存儲(chǔ)器，實(shí)現(xiàn)文件叢名字空間到輔存地址空間的轉(zhuǎn)換，決定文件信息的存放位置、存放形式和存放權(quán)限，實(shí)現(xiàn)文件和目錄的操作，提供文件共享能力和安全設(shè)施，提供友好的用戶接口。