操作系统学习笔记01【os的概念——进程的状态与转换】【自用】

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1.操作系统（Operating System，OS）的概念：

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用户主要通过应用程序与操作系统进行交互，但不是只能通过应用程序与操作系统进行交互，比如设定系统时间等用户可直接与操作系统进行交互。

2.补充知识：进程是一个程序的执行过程。执行前需将该程序放到内存中，才能被cpu处理。

3.操作系统的功能和目标：

（1）承上启下，作为系统资源管理者：

（2）从下往上看，作为用户与底层硬件交互的接口

联机命令接口（交互式命令接口）：用户输入一句指令，操作系统做出相应响应，此过程中双方不断交互。

脱机命令接口（批处理命令接口）：系统把多条指令串成一个指令清单，当用户双击*.bat文件时，系统就开始逐条执行文件里的指令。

系统调用 = 系统调用命令 = 广义指令 （不常见，了解即可）

GUI：Graphical User Interface，用户可以使用形象的图形界面进行操作，无需记忆复杂的命令、参数。eg：现代操作系统中删除文件只需把文件图标拖拽进回收站/垃圾箱即可。

（3）从上往下看，作为最接近硬件的层次

实现对简单硬件的拓展，使之更加丰富且易用

4.操作系统的四个特征：

（1）并发：

eg：并发吃饭，宏观上看一顿饭里既吃了米饭又吃了肉类，但是实际上同一时间在吃米饭/肉类中的一种（盖饭吃法）。

并行吃饭：把米饭和肉类拌着吃，这样同一时间就既吃米饭又吃肉类（拌饭吃法）。

（2）共享：

“同时”往往是指宏观上的同时，但也有可能微观上多个进程确实在共享某一个资源，比如边听歌边玩游戏，扬声器会同时播放游戏内的声音和音乐的声音。

并发性和共享性的关系：

如果失去了并发性，共享性会失去存在的意义；如果失去了共享性，则并发性无法实现；二者相辅相成缺一不可。

（3）虚拟

（4）异步

还是举吃饭的例子，虽然吃米饭和吃肉是两个不同的进程，二者的指令是分开处理的，但是同一时间资源是有限的，比如人的嘴巴和胃只有一个。如果我接受到的指令是第一口吃肉，第二口吃饭，那么在第一个指令执行完毕后就应该执行第二个，但是由于嘴巴里塞满了尚未咀嚼完毕的肉，所以没办法执行第二个指令，第二个指令就被阻塞了，只有等嘴巴里的东西吞下去后才能继续执行。分时执行指令和指令能不能顺利得到执行是两码事（一般是可以的，只是速度不可预知），二者并不矛盾。

5.操作系统的发展与分类

绿色框框为重点。

手工操作阶段：程序员通过打孔机在纸带上打孔，打完通过纸带机传进电脑处理。人工打孔的速度和纸带机的传输速度和计算机运行速度不匹配，所以存在大量资源浪费，且一台计算机一段时间内只能为一个用户服务。

单道批处理系统，输入、计算、输出只能串行（xing）工作，但实际上实现这三个功能用到的是三个不同的模块，这样就造成很大程度上的资源浪费。而多道批处理系统，在作业1进行计算的同时，输入设备处于闲置状态，就可以进行作业2的输入，这样输入、计算和输出可以并行操作，使资源利用率大幅提升。

硬实时系统，如果没有在规定时限内完成就会有很严重的后果；而软实时系统，例如火车订票系统，即使余票信息更新稍有延迟也无伤大雅。

其他几种操作系统不是重点，了解即可。

重中之重：多道批处理系统、分时操作系统、实时操作系统。

6.操作系统的运行机制和体系结构

指令的相关概念：

两种指令

处理器的两种状态：

两种程序：

操作系统的内核：

时钟管理实现计时功能，进程切换等都需要用到；程序运行的原子性指程序执行要么就不执行要么就执行到底。

操作系统的体系结构：

7.中断和异常

为了解决各程序只能串行执行，系统资源利用率低的问题，中断机制诞生了。

多道批处理过程模拟：进程1在用户态下运行——运行一段时间后CPU收到计时部件发出的中断信号，切换为核心态对中断信号进行处理——cpu使用权限交给操作系统，操作系统对中断信号进行处理——进程1时间片已用完，操作系统决定换进程2运行（这就是操作系统的管理工作）——操作系统把cpu使用权交还给用户进程，进程2在用户态下开始执行——进程2执行一段时间后发出系统调用（内中断信号），请求输出。cpu切换为核心态，对中断进行处理——操作系统内核负责对中断信号进行处理—— 操作系统按照进程2的请求要求打印机开始工作，进程2要等待I/O工作完成所以先暂停运行，此时换进程3运行——cpu使用权还给用户进程，进程3在用户态下开始执行（此时输出设备也在操作系统要求下并行工作）——输出设备工作完成后，设备向cpu发出中断信号 ——cpu切换到核心态处理中断信号——操作系统内核对中断信号进行处理，让进程2恢复运行，完成后续工作 ——cpu使用权还给用户进程，进程2在用户态下进行工作...