操作系统是计算机系统的核心软件，负责管理和协调硬件与软件资源，为用户和应用程序提供高效、稳定的运行环境-优快云博客

操作系统是计算机系统的核心软件，负责管理和协调硬件与软件资源，为用户和应用程序提供高效、稳定的运行环境。其主要功能包括进程管理、存储管理、设备管理和文件管理等。

进程管理
进程是程序的一次执行过程，操作系统通过进程管理实现多任务处理。主要功能包括：
- 进程的创建、调度、同步与通信
- 处理进程状态转换（就绪、运行、阻塞）
- 避免死锁（如使用银行家算法）
- 调度算法：先来先服务（FCFS）、短作业优先（SJF）、时间片轮转（RR）、优先级调度等
存储管理（内存管理）
管理主存资源，确保各进程安全、高效地使用内存：
- 内存分配与回收（连续/非连续分配）
- 分页（Paging）与分段（Segmentation）
- 虚拟内存技术：允许程序使用比物理内存更大的地址空间
- 页面置换算法：如先进先出（FIFO）、最近最少使用（LRU）
设备管理
控制和协调外部设备的使用：
- 提供统一的设备驱动接口
- 实现I/O调度、缓冲、缓存和设备分配
- 支持中断机制与DMA（直接内存访问）
- 即插即用（PnP）与电源管理
文件管理
组织、存储和检索文件数据：
- 文件的创建、删除、读写与共享
- 目录结构管理（树形目录）
- 文件系统的实现（如FAT、NTFS、ext4）
- 磁盘空间分配方式：连续、链接、索引
- 文件保护与访问控制机制

这些模块协同工作，共同保障系统的稳定性、安全性和高效性。

进程调度是操作系统根据一定的策略，从就绪队列中选择一个或多个进程分配CPU资源，使其得以执行的过程。其核心目标是提高系统资源的利用率、响应速度和吞吐量，同时保证公平性和避免饥饿。

先来先服务（FCFS, First-Come First-Served）
- 按照进程到达就绪队列的顺序调度
- 优点：简单直观
- 缺点：平均等待时间长，可能导致“护航效应”
短作业优先（SJF, Shortest Job First）
- 优先调度预计运行时间最短的进程
- 可分为抢占式（SRTF：最短剩余时间优先）和非抢占式
- 优点：最小化平均等待时间
- 缺点：难以预估运行时间，可能导致长进程饥饿
时间片轮转（RR, Round Robin）
- 每个进程分配一个固定的时间片（如10ms）
- 时间片用完后，进程让出CPU并进入就绪队列末尾
- 优点：公平，适合分时系统
- 缺点：时间片过大退化为FCFS；过小则上下文切换开销大
优先级调度（Priority Scheduling）
- 每个进程赋予一个优先级，高优先级先执行
- 可分为抢占式和非抢占式
- 缺点：可能导致低优先级进程长期得不到执行（饥饿）
- 解决方案：引入“老化”（aging）技术，随时间提升等待进程的优先级
多级反馈队列调度（MLFQ, Multilevel Feedback Queue）
- 将就绪队列分为多个级别，不同级别采用不同调度算法（如RR + 优先级）
- 新进程进入高优先级队列，若用完时间片未完成则降级
- I/O密集型进程可保留在高优先级以提高响应
- 综合性能好，广泛应用于现代操作系统（如UNIX、Linux）

算法	是否公平	平均等待时间	实现难度	适用场景
FCFS	否	较长	简单	批处理系统
SJF	否	最短	中等（需预测）	批处理优化
RR	是	中等	简单	分时系统
优先级	否	视情况	中等	实时系统
MLFQ	较好	优	复杂	通用操作系统