本文为骆、葛、费编著的第六版操作系统书籍中的第一章和第二章学习内容

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一、操作系统是什么nbsp;  

二、资源管理的视角

1.计算机系统的资源

2.管理计算机系统的软硬件资源

3.屏蔽资源使用的底层细节

4.资源的共享方式

5.资源分配策略

三、控制程序执行的视角

1.多道程序同时计算

2.多道程序设计的特点

3.多道程序系统的实现

进程

OS管理与控制进程程序的执行

4.多道程序系统的实现要点

四、 操作控制计算机的视角

1.脱机作业控制方式

        作业

        脱机作业控制

2.联机作业控制方式

3.命令解释程序

4.前台命令与后台命令

五、人机交互的视角

1.操作系统的人机交互部分

2.人机交互发展-虚拟现实系统

3.新型人机交互技术的热点

六、程序接口的视角

1.操作系统的程序接口

2.系统调用的实现机制

3.系统调用的实现流程

 4.应用程序、库函数、系统调用的调用关系链

 5.两个空间与模式切换

七、处理器与寄存器

1.处理器部件的简单示意

2.用户程序可见寄存器

 3.控制与状态寄存器

4.程序状态字PSW

八、指令与处理器模式

1.机器指令

2.指令执行过程

3.指令执行周期与指令流水线

4. 特权指令与非特权指令 

5.处理器

（1）处理器模式

（2）操作系统常用的处理器模式

（3）处理器模式的切换

九、中断

1.中断概念

 2.中断、异常与系统异常

3、中断系统

（1）处理器硬件故障中断事件

（2）程序性中断事件

（3）自愿性中断事件

（4）I/O中断事件

（5）外部中断事件

（6）中断响应处理与指令执行周期

4.中断装置

5.中断控制器

6.陷阱与系统陷阱

7.中断响应过程

8.中断处理程序

（1）中断处理过程

（2）恢复正常操作

（3）中断系统处理流程

9.多中断响应和处理

（1）中断屏蔽

（2）中断优先级

（3）中断的嵌套处理

（4）多中断的响应与处理

（5）多重中断处理-1

（6）多重中断处理-2

十、进程

1.进程及其状态

（1）进程的形式化定义

（2）进程举例

（3）概念级的进程状态

（4）进程三态模型

（5）进程挂起的概念

（6）进程挂起的选择与恢复

（7）进程上下文切换和处理器状态切换

2.进程的数据描述

（1）进程控制块, Process Control Block

 （2）进程控制块 – 标识信息

（3）进程控制块 – 现场信息

（4）进程控制块 – 控制信息

（5）进程映像，Process Image

（6）进程的内存映像示意图

（7）进程上下文，Process context

3.进程管理的实现

（1）概念级的OS进程管理软件

（2）进程实现的队列模型

（3）队列管理模块

（4）进程的控制与管理

（5）原语与进程控制原语

4.进程切换与模式切换

（1）进程切换

（2）模式切换

（3）模式切换的具体工作流程

（4）进程切换的具体工作流程

（5）进程切换的发生时机

（6）不引起进程切换的中断处理

（7）两个空间与模式切换

十一、多线程环境

1.多线程环境概述

（1）单线程结构进程

 （2）单线程结构进程的问题

（3）解决问题的思路

（4）多线程结构进程

 （5）多线程环境下的进程概念

（6）多线程环境下的线程概念

(7)多线程环境下的线程状态

(8)多线程环境下的线程调度

(9)并发多线程程序设计的优点

(10)多线程技术的应用

2.KLT和ULT

（1）内核级线程KLT, Kernel-Level Threads

（2）内核级线程的特点

（3）用户级线程ULT, User-Level Threads

 （4）用户级线程的特点

（5）Jacketing技术

(6)用户级线程 vs. 内核级线程

3.多线程实现的混合策略

（1）多线程实现的混合策略

 （2）多线程实现混合策略的特点

（3）多线程混合策略下的线程状态

（4）多线程实现的各种策略总结

十二、处理器调度

1.处理器调度的层次

（1）处理器调度的层次

(2)处理器调度层次与进程状态转换

(3)处理器调度层次与关键状态转换

(4)高级调度

(6)中级调度

(7)低级调度

(8)低级调度的主要功能

2.处理器调度的算法1

(1)选择处理器调度算法的原则

(2)优先数调度算法

(3)优先数的确定准则

(4)与时间相关的一些优先数

(5)时间片轮转调度算法

(6)时间片长度的确定

2.处理器调度的算法2

(1)分级调度算法

(2)分级调度算法的例

 (3)分级调度算法的分级原则

(4)现代OS的分级调度算法

(5)彩票调度算法

参考文献

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一、操作系统是什么/strong>   

• 操作系统(Operating System)，简称OS
• OS是计算机系统最基础的系统软件，管理软硬件资源、控制程序执行，改善人机界面，合理组织计算机工作流程，为用户使用计算机提供良好运行环境

        操作系统是方便用户、管理和控制计算机软硬件资源的系统程序集合，在整个计算机系统中具有承上启下的地位

        从用户角度看，OS管理计算机系统的各种资源，扩充硬件的功能，控制程序的执行

        从人机交互看，OS是用户与机器的接口，提供良好的人机界面，方便用户使用计算机

        从系统结构看，OS是一个大型软件系统，其功能复杂，体系庞大，采用层次式、模块化的程序结构

二、资源管理的视角

1.计算机系统的资源

• 硬件资源
• 处理器、内存、外设
• 信息资源
• 数据、程序

2.管理计算机系统的软硬件资源

处理器资源：哪个程序占有处理器运行/p>

内存资源：程序/数据在内存中如何分布/p>

设备管理：如何分配、去配和使用设备/p>

信息资源管理：如何访问文件信息/p>

信号量资源：如何管理进程之间的通信code>

3.屏蔽资源使用的底层细节

驱动程序：最底层的、直接控制和监视各类硬件(或文件)资源的部分

职责是隐藏底层硬件的具体细节，并向其他部分提供一个抽象的、通用的接口

比如说：打印一段文字或一个文件，既不需知道文件信息存储在硬盘上的细节，也不必知道具体打印机类型和控制细节

4.资源的共享方式

独占使用方式

        如：打印机在一个时间段内只能被一个进程独立使用

并发使用方式

        如：一个文件可以同时被多个进程一起读

5.资源分配策略

静态分配方式：进程运行前一次拿到全部独占资源

        资源使用效率低

动态分配方式：使用资源前临时申请

        可能产生竞争资源的死锁

资源抢占方式：

        被抢夺资源的进程需要回滚执行

三、控制程序执行的视角

1.多道程序同时计算

• 多道程序设计是什么/p>

          多道程序设计技术是在计算机内存中同时存放几道相互独立的程序，使它们在管理程序控制下，相互穿插运行，两个或两个以上程序在计算机系统中同处于开始到结束之间的状态, 这些程序共享计算机系统资源。与之相对应的是单道程序，即在计算机内存中只允许一个的程序运行。

• 为什么需要多道程序/p>          CPU速度与I/O速度不匹配的矛盾非常突出，因此只有让多道程序同时进入内存争抢CPU运行，才可以够使得CPU和外围设备充分并行，从而提高计算机系统的使用效率。

• 计算：

• 单道算题工作：

  • 

  • 处理器利用率：52/(78+52+20)≈35%

• 两道程序同时工作：
  • 
  • 处理器利用率： (52+42)/(78+52+20)≈63%

2.多道程序设计的特点

• 优点：

        CPU与外部设备充分并行

        外部设备之间充分并行

        发挥CPU的使用效率

        提高单位时间的算题量

• 缺点：

        单道程序的运算时间会增加

• 特点：

        宏观上并行：同时进入系统的几道程序都处于运行过程中，即它们先后开始了各自的运行，但都未运行完毕。
        微观上串行：从微观上看，内存中的多道程序轮流地或分时地占有CPU。

3.多道程序系统的实现

进程

• 进程是什么/li>

        进程是一个具有一定独立功能的程序，是关于某个数据集合的依次运行活动。

        进程是操作系统进行资源分配和调度的一个独立单元。

        操作系统以进程方式执行程序，而程序则在处理器上执行。

        程序：一系列有序的指令集和，—就是程序员编写的代码，存储在硬盘中。

• 为什么需要进程/li>

        为进入内存执行的程序建立的管理实体

        进程作为程序独立运行的载体保障程序正常执行

        进程的存在使得操作系统资源的利用率大幅提升

OS管理与控制进程程序的执行

        OS协调管理各类资源在进程间的使用

        处理器的管理和调度

        主存储器的管理和调度

        其他资源的管理和调度

        ps:操作系统认为要运行哪个程序了，则找到对应的pcb，将pcb中保存的各种描述信息加载到cpu寄存器上，CPU就会根据这些描述信息来控制程序的运行。

4.多道程序系统的实现要点

        如何使用资源：调用操作系统提供的服务例程(如何陷入操作系统)

        如何复用CPU：调度程序(在CPU空闲时让其他程序运行)

        如何使CPU与I/O设备充分并行：设备控制器与通道(专用的I/O处理器)

        如何让正在运行的程序让出CPU：中断(中断正在执行的程序，引入OS处理)

四、 操作控制计算机的视角

1.脱机作业控制方式

        作业

• 什么是作业/li>

        用户提交给操作系统计算的一个独立任务，是用户向计算机系统提交一项工作的基本单位。一个作业通常由一个或若干个程序组成。一个作业可以看成是由若干个独立的步骤组成的，我们把这些相对独立的步骤称为作业步。一个作业就是由不同的顺序相联的作业步组成。

• 作业分类

        用户通过操作控制命令和作业控制语言（命令）组织和控制作业执行，一般用到两个作业级接口——联机作业控制接口和脱机作业控制接口

1. 脱机作业：在作业执行过程中用户不直接和计算机交互
   脱机作业控制方式：在作业执行前将各种控制方式一起输入到计算机中，此后作业自动执行
   生活中的实例：邮政系统
2. 联机作业：在作业执行过程中用户可以直接和计算机交互
   联机作业控制方式：采用人机对话方式控制作业运行
   生活中的实例：ATM机

        脱机作业控制

OS：提供作业说明语言

用户：编写作业说明书，确定作业加工控制步骤，并与程序数据一并提交

操作员：通过控制台输入作业

OS：通过作业控制程序自动控制作业的执行

        例：批处理OS的作业控制方式，UNIX的shell程序，DOS的bat文件

2.联机作业控制方式

计算机：提供终端（键盘/显示器）

用户：登录系统

OS：提供命令解释程序

用户：联机输入操作控制命令，直接控制作业步的执行

3.命令解释程序

• 命令解释程序是什么/li>

        接受和执行一条用户提出的对作业的加工处理命令

• 命令解释程序处理步骤：

        当一个新的批作业被启动，或新的交互型用户登录进系统时，系统就自动地执行命令解释程序，负责读入控制卡或命令行，作出相应解释，并予以执行。

1. OS启动命令解释程序，输出命令提示符，等待键盘中断、鼠标点击、多通道识别
2. 每当用户输入一条命令(暂存在命令缓冲区)并按回车换行时，申请中断
3. CPU响应后，将控制权交给命令解释程序，接着读入命令缓冲区内容，分析命令、接受参数，执行处理代码

• 会话语言：可编程的命令解释程序
• 图形化的命令控制方式
• 多通道交互的命令控制方式

4.前台命令与后台命令

        前台命令执行结束后，再次输出命令提示符，等待下一条命令

        后台命令处理启动后，即可接收下条命令

五、人机交互的视角

1.操作系统的人机交互部分

        OS改善人机界面，为用户使用计算机提供良好的环境

        人机交互设备包括传统的终端设备和新型的模式识别设备

        OS的人机交互部分用于控制有关设备运行和理解执行设备传来的命令

        人机交互功能是决定计算机系统友善性的重要因素，是当今OS研发热点

2.人机交互发展-虚拟现实系统

        缘起：1980年代的虚拟现实新型用户界面

        VR通过计算机模拟三维虚拟世界，根据观察点、观察点改变的导航和对周围对象的操作，来模拟临境(身临其境)的感觉

        支持多通道交互整合，改善用户体验

        支持用户主动参与的高度自然的三维HCI，以及语音识别、头部跟踪、视觉跟踪、姿势识别等新型HCI

        容许用户产生含糊和不精确的输入

3.新型人机交互技术的热点

        智能手机的地理空间跟踪，可穿戴计算机、隐身技术、浸入式游戏等的动作识别，虚拟现实、遥控机器人、远程医疗等的触觉交互，呼叫路由、家庭自动化、语音拨号等的语音识别，语言障碍人士的无声语音识别，广告、网站、产品目录、杂志效用测试的眼动跟踪，语言或行动障碍人士意念轮椅的基于脑电波的人机界面等技术

        改善基于视觉的手势识别的精度和速度，探索虹膜、掌纹、笔迹、步态、语音、唇读、人脸、DNA等人类特征识别， 提高多通道整合，与无所不在计算或云计算等相关技术的融合与促进

六、程序接口的视角

1.操作系统的程序接口

        操作系统的程序接口：操作系统为程序运行扩充的编程接口

        系统调用：操作系统实现的完成某种特定功能的过程；为所有运行程序提供访问操作系统的接口

        POSIX（Portable OS Interface）支持

2.系统调用的实现机制

        陷入处理机制：计算机系统中控制和实现系统调用的机制

        陷入指令：也称访管指令，或异常中断指令，计算机系统为实现系统调用而引起处理器中断的指令

        每个系统调用都事先规定了编号，并在约定寄存器中规定了传递给内部处理程序的参数

3.系统调用的实现流程

来源：又秃又弱