操作系统学习笔记-1：基础概念

（图源：《王道考研》视频）

可以看到，输入设备，CPU，输出设备这三者只能串行工作，不存在其中两者并行使用的情况。虽然系统尽可能地连续处理三个作业，但是可以看到，就同一时刻而言，输入设备，CPU，输出设备中总有至少一方无事可做，而这是对资源的浪费。

2.3 多道程序批处理系统

作业存放在外存，形成“后备队列”，由作业调度程序选择若干个作业调入内存，使他们共享 CPU 和系统资源。由于有多道程序，可以及时补位 CPU 的空闲。

• 特点：无序性（先进入内存的作业不一定先完成）、多道性、调度性
• 优点：资源利用率高、系统吞吐量大
• 缺点：平均周转时间长、无法交互

用一个例子来说明：

假如计算机现在需要处理 J1，J2，J3 三个作业，每个作业都需要经历输入（1秒）、计算（1秒）、输出（1秒）的过程。

如果计算机是多道批处理系统，那么处理过程大概是这样的：

并发(concurrency)：指在同一时刻只能有一条指令执行，但多个进程指令被快速地轮换执行，使得在宏观上具有多个进程同时执行的效果，但实际上在微观上并不是同时执行的。比如下图的 ABC 三个人吃面包，0-10 秒 A 吃面包，10-20 秒 B 吃面包，20-30 秒 C 吃面包，那么在微观角度上（聚焦于秒级别的比较），很显然不是同时执行的；但是在宏观角度上（聚焦于整体的1分钟），不考虑更加精细的时间，这三者是同时执行的。

4.1 处理机管理功能

• 进程控制：为作业创建、撤销、种植进程，控制进程的状态转换
• 进程同步：为多个进程的运行进行协调
  • 进程互斥方式
  • 进程同步方式
• 进程通信：进程之间的信息交换
• 调度：作业调度、进程调度

4.2 存储器管理功能

• 内存分配：静态内存分配（运行过程中不可申请新的内存空间）和动态内存分配（运行过程中允许申请新的内存空间）
• 内存保护：每个程序只在自己的内存区运行
• 地址映射：逻辑地址 => 物理地址
• 内存扩充：借助虚拟存储技术，从逻辑上进行内存扩充

4.3 设备管理功能

• 缓冲管理：在 I/O 和 CPU 之间引入缓冲，提高资源利用率和系统吞吐量。缓冲区机制包括：单缓冲机制、双缓冲机制、公用缓冲池机制
• 设备分配：根据用户请求的设备类型和采用的分配算法，对设备进行分配
• 设备处理：实现 CPU 与设备控制器之间的通信。

4.4 文件管理功能

• 文件存储空间的管理：为文件分配外存空间
• 目录管理：为文件建立一个目录项
• 文件读写管理和保护：对外存中的文件进行读写，提供防护

4.5 操作系统与用户之间的接口

• 命令接口（用户直接使用）：联机用户接口、脱机用户接口
• 程序接口（用户通过程序间接使用）：让用户程序在执行中访问系统资源，是用户程序取得 OS 服务的唯一途径，有时候也叫做系统调用
• 图形用户接口

：让用户程序在执行中访问系统资源，是用户程序取得 OS 服务的唯一途径，有时候也叫做系统调用

• 图形用户接口

4.6 现代 OS 的新功能

• 系统安全：认证技术、密码技术、访问控制技术、反病毒技术
• 网络功能和服务：网络通信、资源管理、应用互操作
• 支持多媒体：接纳控制功能、实时调度、多媒体文件的存储

来源：Chorer@公众号：漫游前端世界