操作系统知识点串联

操作系统综述

操作系统的发展可以分为
手工操作阶段->脱机输入/输出技术->批处理技术->多道程序设计技术。
在多道程序设计技术中，我们将一个以上的作业存放入主存，并且同时处于运行状态，这些状态共享处理器，外设以及其他资源。
由于在实现多道程序系统时，主存同时中存在几道程序因此会出现一系列的问题：
1. 如何分配处理器，以使处理器既能满足各个程序运行的需要又有较高的利用率。（处理器管理）
2. 如何为每道程序分配必要的内存，使它们各得其所又不致因相互重叠而失去信息；如何防止因某个程序出现异常情况而破坏其他程序。（内存管理）
3. 系统中可能有多种类型的I/O设备供多道程序共享，应如何分配设备。（设备管理）
4. 在操作系统中，通常都存放着大量的程序和数据，应如何组织它们。（文件管理）
综上，我们可以将操作系统的功能分为：
1. 处理器管理（进程管理）：处理器管理主要是对进程的管理，实现进程的控制，同步，通信，调度。
2. 内存管理：主要任务是对内存进行分配、保护和扩充（虚拟存储技术）。
3. 设备管理：实现设备的分配（缓冲技术和虚拟技术），设备的传输控制和设备的独立性。
4. 文件管理：文件管理的主要任务是有效地支持文件的存储、检索和修改。包括对文件存储空间的管理、目录管理、文件的操作管理和文件保护等。

进程管理

由于需要多个程序在CPU中并发执行，因此我们需要编写一个程序（操作系统）来对监管控制这些程序的执行。程序=算法+数据结构，为了实现这个监管程序使其程序按照一定规则并发运行，我们建立数据结构进程控制块（PCB）让程序变成进程。进程可定义为一个数据结构及能在其上进行操作的的一个程序，相对于程序它具有动态性，并发性，独立性和异步性。它一般由以下几个部分组成： 进程控制块（PCB）、程序段和数据段。其中PCB是进程存在的唯一标志，它包括以下内容：进程标识符（PID）、进程当前状态、进程队列指针、程序和数据地址、进程优先级、CPU现场保护区和占有资源清单等等。PCB保护了程序的并发执行，创建进程，实质上是创建了进程的PCB；而撤销进程，实质上是撤销进程的PCB。
创建完进程之后，我们编写的监管程序需要对进程进行控制。由于系统中多个进程的并发运行及相互制约的结果，使得进程的状态不断发生变化。通常一个运行中的至少可以划分为3种基本状态：
1. 就绪状态：进程已经获得除处理器以外的所有资源。一旦获得处理器，就可以立即执行。
2. 执行状态：当一个进程获得必要的资源并正在CPU上执行时，该进程所处的状态为执行状态。
3. 阻塞状态：正在执行的进程，由于发生某事件而暂时无法执行下去（如等待I/O完成），此时进程所处的状态为阻塞状态。当进程处于阻塞状态时，即使把处理器分配给进程，也无法运行。
由此可见，一个进程能执行需要两样东西：处理器和资源。无处理器则为就绪状态，无资源则为阻塞状态。
进程状态的互相转换如下图所示：

除了对进程进行控制，为了避免多个线程同时读写同一个数据而产生不可预料的后果，我们需要将各个进程对同一个数据的访问进行同步。进程的同步包括两种制约关系：互斥和同步。我们可以利用信号量（P,V操作）来实现这些制约关系。P、V操作原语的伪代码描述如下：

stuct semaphore{     
    int count;  
    queueType queue;
}
wait(semaphore s)   //P操作
{
    s.count--;
    if(s.