2.3.1 主要知識點
掌握操作系統的(de)類型、功能(néng)、層次結構和(hé)進程概念，以及作業(yè)、處理(lǐ)機、存儲、文(wén)件(jiàn)和(hé)設備等管理(lǐ)的(de)原理(lǐ)和(hé)方法。
2.3.1.1 操作系統類型和(hé)功能(néng)
根據使用(yòng)環境和(hé)對用(yòng)戶作業(yè)的(de)處理(lǐ)方式劃分(fēn)，操作系統的(de)基本類型可(kě)以分(fēn)爲批處理(lǐ)操作系統、分(fēn)析操作系統和(hé)實時操作系統3大(dà)類型。
分(fēn)時操作系統使多個(gè)用(yòng)戶同時以會(huì)話(huà)方式控制(zhì)自己程序的(de)運行(xíng)，每個(gè)用(yòng)戶都(dōu)感到(dào)似乎各自有(yǒu)一台獨立的(de)、支持自己請求服務的(de)系統。
實時系統往往是專用(yòng)的(de)，系統與應用(yòng)很難分(fēn)離(lí)，常常緊密結合在一起。實時系統并不強調資源利用(yòng)率，而更關心及時性(時間緊迫性)、可(kě)靠性和(hé)完整性。實時系統又(yòu)分(fēn)成實時過程控制(zhì)與實時信息處理(lǐ)兩種。
網絡環境下的(de)操作系統又(yòu)分(fēn)成網絡操作系統和(hé)分(fēn)布式操作系統。分(fēn)布式操作系統要求一個(gè)統一的(de)操作系統，負責全系統的(de)資源分(fēn)配和(hé)調度，爲用(yòng)戶提供統一的(de)界面。它是一個(gè)邏輯上(shàng)緊密耦合的(de)系統。而網絡操作系統用(yòng)戶則需指明(míng)欲使用(yòng)哪一台計(jì)算機上(shàng)的(de)哪個(gè)資源。
操作系統主要有(yǒu)5個(gè)功能(néng)模塊：處理(lǐ)器(qì)管理(lǐ)、存儲管理(lǐ)、設備管理(lǐ)、文(wén)件(jiàn)管理(lǐ)和(hé)用(yòng)戶接口。
2.3.1.2 進程和(hé)進程管理(lǐ)
(1)進程
進程是一個(gè)程序關于某個(gè)數據集的(de)一次運行(xíng)。也(yě)就是說，進程是運行(xíng)中的(de)程序，是程序的(de)一次運行(xíng)活動。相(xiàng)對于程序，進程是一個(gè)的(de)概念，而程序是靜态的(de)概念，是指令的(de)集合，因而進程具有(yǒu)動态性和(hé)并發性。
在操作系統中進程是進行(xíng)系統資源分(fēn)配、調度和(hé)管理(lǐ)的(de)最小(xiǎo)單位，注意，現代操作系統中還引入了線程(Thread)這一概念，它是處理(lǐ)器(qì)分(fēn)配資源的(de)最小(xiǎo)單位。
(2)進程的(de)狀态及其轉換
多道系統中，進程的(de)運行(xíng)是時走時停的(de)。它在處理(lǐ)器(qì)上(shàng)的(de)交替運行(xíng)，使它的(de)運行(xíng)狀态不斷地(dì)變化著(zhe)，最基本的(de)狀态有(yǒu)3種，即運行(xíng)、就緒和(hé)阻塞。
•運行(xíng)：正占用(yòng)處理(lǐ)器(qì)。
•就緒：隻要獲得處理(lǐ)器(qì)即可(kě)運行(xíng)。
•阻塞：正等待某個(gè)事件(jiàn)的(de)發生。
(3)進程控制(zhì)塊
進程是一個(gè)動态的(de)概念，在操作系統中，引入數據結構--進程控制(zhì)塊(簡記爲PCB)來标記進程。PCB是進程存在的(de)唯一标志，PCB描述了進程的(de)基本情況。從靜态的(de)觀點看，進程由程序、數據和(hé)進程控制(zhì)塊組成；從動态的(de)觀點看，進程是計(jì)算機狀态的(de)一個(gè)有(yǒu)序集合。
程序是進程運行(xíng)所對應的(de)運行(xíng)代碼，一個(gè)進程對應于一個(gè)程序，一個(gè)程序可(kě)以同時對應于多個(gè)進程，這個(gè)程序代碼在運行(xíng)過程中不會(huì)被改變，常稱爲純碼程序或可(kě)重入程序，他(tā)們是可(kě)共享的(de)程序。
進程控制(zhì)塊保存進程狀态、進程性質(如(rú)優先程度)、與進程有(yǒu)關的(de)控制(zhì)信息(如(rú)參數、信号量和(hé)消息等)、相(xiàng)應隊列和(hé)現場(chǎng)保護區域等。進程控制(zhì)塊随著(zhe)進程的(de)建立而産生，随著(zhe)進程的(de)完成而撤消。
PCB是操作系統核心中最主要的(de)數據結構之一，它既是進程存在的(de)标志和(hé)調度的(de)依據，又(yòu)是進程可(kě)以被打斷并能(néng)恢複運行(xíng)的(de)基礎。操作系統核心通過PCB管理(lǐ)進程，一般PCB是常駐内存的(de)，尤其是調度信息必須常駐内存。
(4)進程管理(lǐ)
在操作系統中有(yǒu)許多進程，它們對應著(zhe)不同的(de)或相(xiàng)同的(de)程序，競争地(dì)使用(yòng)著(zhe)系統的(de)資源。進程管理(lǐ)涉及到(dào)進程控制(zhì)、隊列管理(lǐ)和(hé)進程調度等。
進程的(de)生命過程從它被創建時開(kāi)始，直至任務終止而撤消，其間會(huì)經曆各種狀态的(de)轉換，它們都(dōu)是在操作系統控制(zhì)下完成的(de)。操作系統提供了對進程的(de)基本操作，也(yě)稱爲原語。這些原語包括創建原語、阻塞原語、終止原語、優先級原語和(hé)調度原語。
進程調度即處理(lǐ)器(qì)調度，它的(de)主要功能(néng)是确定在什(shén)麽時候分(fēn)派處理(lǐ)器(qì)，并确定分(fēn)給哪一個(gè)進程。在分(fēn)時系統中，一般有(yǒu)一個(gè)确定的(de)時間單位(時間片)。當一進程用(yòng)完一個(gè)時間單位時，就發生進程調度，即讓正在運行(xíng)的(de)進程改變狀态并轉入就緒隊列的(de)隊尾，再由調度原語将緒隊列的(de)首進程取出，投入運行(xíng)。
進程調度的(de)方法基本上(shàng)分(fēn)爲兩類：非剝奪調度與剝奪調度。所謂非剝奪調度是指一旦某個(gè)作業(yè)或進程占有(yǒu)了處理(lǐ)器(qì)，别的(de)進程就不能(néng)把處理(lǐ)器(qì)從這個(gè)進程手中奪走；相(xiàng)反，如(rú)果别的(de)進程可(kě)将處理(lǐ)器(qì)從這個(gè)進程手中奪走則是剝奪調度。
進程調度的(de)算法采用(yòng)服務于系統目标的(de)策略，對于不同的(de)系統與系統目标，常采用(yòng)不同的(de)調度算法，如(rú)先來先服務、優先數調度和(hé)輪轉法等。
(5)管程
管程是一種并發性的(de)構造，包括用(yòng)于分(fēn)配一個(gè)特定的(de)共享資源或一組共享資源的(de)數據和(hé)過程。爲了完成分(fēn)配資源的(de)功能(néng)，進程必須調用(yòng)特定的(de)管程入口。許多進程可(kě)能(néng)打算在不同的(de)時間進入管程，但(dàn)在管程邊界上(shàng)嚴格地(dì)實施互斥，在某一時刻，隻允許一個(gè)進程進入。當管程中已有(yǒu)一個(gè)進程時，其他(tā)希望進入管程的(de)進程必須等待。這種等待是由管程自動管理(lǐ)的(de)。
管程中的(de)數據或者是管程中所有(yǒu)的(de)全局變量，或者是某個(gè)特定過程的(de)局部變量。所有(yǒu)這些數據隻能(néng)在管程内訪問，在管程外的(de)進程無法訪問管程内的(de)數據，這叫做信息掩蔽。
2.3.1.3 存儲管理(lǐ)
現代計(jì)算機系統中的(de)存儲系統常是多級存儲體系，至少(shǎo)有(yǒu)主存(内存)和(hé)輔存(外存)兩級，有(yǒu)的(de)系統有(yǒu)更多級數。主存大(dà)小(xiǎo)由系統硬件(jiàn)決定，是實實在在的(de)存儲，它的(de)存儲容量受到(dào)實際存儲單元的(de)限制(zhì)。虛拟存儲(簡稱虛存)不考慮實際主存的(de)大(dà)小(xiǎo)和(hé)數據存取的(de)實際地(dì)址，隻考慮相(xiàng)互有(yǒu)關的(de)數據這間的(de)相(xiàng)對位置，其容量由計(jì)算機的(de)地(dì)址的(de)位數決定。
2.3.1.4 設備管理(lǐ)
設備管理(lǐ)是對計(jì)算機輸入/輸出系統的(de)管理(lǐ)。其主要任務有(yǒu)：實現對外部設備的(de)分(fēn)配和(hé)回收；啓動外部設備；控制(zhì)輸入/輸出設備與處理(lǐ)器(qì)或主存間交換數據；實現對磁盤的(de)調度；處理(lǐ)設備的(de)中斷；實現虛拟設備等。
外部和(hé)主存之間常用(yòng)的(de)傳輸控制(zhì)方式有(yǒu)4種：程序控制(zhì)方式、中斷方式、直接存儲訪問(DMA)方式和(hé)通道方式。
2.3.1.5 文(wén)件(jiàn)管理(lǐ)
(1)文(wén)件(jiàn)系統
操作系統的(de)文(wén)件(jiàn)系統包括兩個(gè)方面：一方面包括負責管理(lǐ)文(wén)件(jiàn)的(de)一組系統軟件(jiàn)，另一方面包括被管理(lǐ)的(de)對象文(wén)件(jiàn)。文(wén)件(jiàn)系統的(de)主要目标是提高(gāo)存儲器(qì)的(de)利用(yòng)率，接受用(yòng)戶的(de)委托，實施對文(wén)件(jiàn)的(de)操作。主要問題是管理(lǐ)輔助存儲器(qì)，實現文(wén)件(jiàn)叢名字空間到(dào)輔存地(dì)址空間的(de)轉換，決定文(wén)件(jiàn)信息的(de)存放(fàng)位置、存放(fàng)形式和(hé)存放(fàng)權限，實現文(wén)件(jiàn)和(hé)目錄的(de)操作，提供文(wén)件(jiàn)共享能(néng)力和(hé)安全設施，提供友(yǒu)好的(de)用(yòng)戶接口。