操作系统的各个阶段:
1、人工操作阶段。
2、单道批处理系统评价
a、解决了作业间的自动转接问题，减少了机器时间的浪费。
b、不管作业大小，只要它一旦占用处理机开始执行，则它必须一直占据处理机，直到运行完毕。 c、资源利用率低 d、对短作业不公平e、交互性差
3、多批道处理系统 优缺点： 优点：
资源利用率高：CPU和内存利用率较高； 作业吞吐量大：单位时间内完成的工作总量大； 缺点：
用户交互性差：整个作业完成后或中间出错时，才与用户交互，不利于调试和修改；
作业平均周转时间长：短作业的周转时间显著增长；
4、分时系统
5、实时系统
操作系统的基本特性
1、并发
并行性(parallel）是指两个或多个事件在同一时间发生。
并发性(Concurrence)是指两个或多个事件在同一时间间隔内发生。
2、共享
共享指系统中的资源可供内存中多个并发执行的进程(线程)共同使用。 a、互斥共享方式 b、同时访问方式
3、虚拟
虚拟，是指把一个物理上的实体，变为若干个逻辑上的对应物。
4、异步性
操作系统是计算机系统中的一个系统软件，它管理和控制系统中的软件和硬件资源，合理组织计算机工作流程，有效利用系统资源，为用户提供一个功能强，使用方便的工作环境，从而在计算机和用户之间起到接口的作用。
进程是具有独立功能的程序关于某个数据集合上的一次运行活动，是系统进行资源分配和调度的独立单位
程序：指令或语句序列，体现了某种算法
进程控制块
系统为了管理进程设置的一个专门的数据结构，用它来记录进程的外部特征，描述进程的运动变化过程
系统利用PCB来控制和管理进程，所以PCB是系统感知进程存在的唯一标志
进程与PCB是一一对应的 作用：
是一个在多道程序环境下不能独立运行的程序，成为一个能独立运行的基本单位，一个能与其他进程并发执行的进程。 进程控制块中的信息：
1、进程标识符 2处理机状态
3、进程调度信息
4、进程控制信息 进程控制块的组织方式：
1、链接方式
2、索引方式进程的创建
1、创建一个PCB
2、为新进程分配资源
3、初始化进程控制块
4、将新进程插入就绪队列 进程撤消
1、根据标识符，找到该PCB
2、修改其状态
3、如有子孙进程，则予以终止
4、收回其资源
5、从所在链表中移出
人们把每个进程中访问临界资源的那段代码称为临界区
高级调度、中级调度、低级调度
高级调度也称为作业调度或长程调度用于将外存作业调入内存，创建PCB，插入就绪队列。一般在批处理系统中使用。分/实时系统一般直接入内存，无此环节。
低级调度也称为进程调度或短程调度处理机需要经常选择就绪进程执行，主要是由分派程序（Dispatcher）分派处理机。由于低级调度算法的频繁使用，要求在实现时做到高效。
中级调度为了提高内存利用率和系统吞吐量。涉及进程在内外存间的交换， 将暂时不能运行的进程调出内存，以提高系统处理能力。此时的进程状态称为就绪驻外存状态或挂起状态。 当内存有空闲时，由中级调度决定把外存上哪些具备运行条件的就绪进程，重新调入内存，转为就绪状态。三种调度的比较
1、进程调度运行频率最高，一般10－100 ms进行一次，故其算法不能太复杂，以免占用太多CPU时间。
2、作业调度是一批（个）作业运行完，退出系统，需重新调入一批（个）作业进入内存，故周期较长，允许算法较复杂。
3、中级调度介于上述二者之间。
死锁的定义：多个进程在运行过程中因争夺资源而造成的一种僵局
原因：1.竞争系统资源 2.进程的推进顺序不当
产生死锁的必要条件
1、互斥条件（资源独占）
2、请求和保持条件（部分分配，占有申请）
3、不剥夺条件（不可强占）
4、环路等待条件 解决死锁的基本办法
1、预防死锁(简单直观，通过设置某些限制条件来破坏产生死锁的四个必要条件中的几个，来预防发生死锁)
2、避免死锁(在动态分配资源的过程中，用某种方法防止系统进入不安全状态，从而避免发生死锁)
3、检测死锁(通过设置检测机制，及时检测出死锁的发生，确定有关的进程和资源)
4、解除死锁(与检测死锁配套使用，常用的方法是撤销或挂起一些进程，收回资源，分配给处于阻塞状态的进程，使之转为就绪状态，可以继续运行)
检测和解除措施可以较好的利用资源利用率和吞吐量。
系统产生死锁必定同时保持四个必要条件：
（１）进程互斥使用资源 （２）请求和保持条件 （３）不剥夺条件 （４）环路等待条件
预防死锁的方法：破坏产生死锁的四个必要条件之一就可以防止死锁的发生。条件1是由设备的固有条件决定的，不能改变。
1、摈弃“请求和保持”条件资源一次性分配
优点：简单易于实现切很安全
缺点：第一，降低了系统吞吐量和资源利用率。第二，浪费了资源。
2、摈弃“不剥夺”条件
即当一个已经获得了某些资源的进程，在申请新资源未能满足时，必须释放已占有的资源。
评价：这种策略实现起来比较复杂，而且需要付出很大代价。
3、摈弃“环路等待”条件
做法：系统给每类资源赋予一个编号，每一个进程按编号递增的顺序请求资源，释放则相反(破坏环路等待条件) 评价：较前几种方法，资源利用率和系统吞吐量都有较明显改善。 但也存在一些问题
1.系统中各类资源所分配的序号，必须相对稳定，限制了新类型设备的增加 2.作业使用资源的顺序与系统规定资源顺序不同。
3.增加了程序设计难度。 安全状态与不安全状态
安全状态指系统能按某种进程顺序来为每个进程分配其所需资源，直至最大需求，使每个进程都可顺利完成。若系统不存在这样一个序列，则称系统处于不安全状态。程序的装入
1、绝对装入 适用于单道程序环境。
2、可重定位装入方式（静态重定位） 使用于多道程序环境
3、动态运行时装入方式 程序的链接
1、静态链接。在程序运行之前，先将各目标模块及它们所需的库函数，连接成一个完整的装配模块，以后不再拆开。称为静态链接
2、装入时动态链接。将用户源程序编译后得到的一组木匾模块，在装入内存时，采用边装入边链接的连接方式。
3、运行时动态链接。指对某些目标模块的链接，是在程序执行中需要该模块时，才对它进行的链接。 连续分配方式
1、单一连续分配
2、固定分区分配
把主存中可分配的用户区域预先划分成若干个固定大小的区域，每一个区域称为一个分区，每个分区中可以装入一个作业，一个作业也只能装入一个分区中。 a、分区大小相等缺乏灵活性 b、分区大学不等
3、动态分区分配
分区分配中的数据结构 （1）、空闲分区表 （2）、空闲分区链 实现空闲分区分配链接：应在每个分区的起始地址部分，设置一些用于控制区分配的信息，以及用于链接各分区的前向指针；在分区尾部则设置一后向指针，通过前，后向指针将所有的分区链接成一个双向链.分区分配算法 （1）、首次适应算法FF。（2）、循环首次适应算法。（3）、最佳适应算法。 分区分配操作
a、分配内存，利用某种算法，从空闲分区链表中找到所需大小的分区。 b、回收内存。
4、可重定位分区分配
5、对换
对换是指把主存中暂时不能运行的进程，或暂时不用的程序和数据，换出到外存上，把已具备运行条件的进程，或进程所需要的程序或数据，换入主存的技术。
对换有两种方式
a、对换是以整个进程为单位，便称之为“整体对换”或“进程对换”，
b、如果对换是以“页”或“段”为单位进行，则分别称之为“页面对换”或“分段对换”
系统为实现对换要实现： a、对换空间的管理 b、进程的换出 c、进程的换入
连续分配是内存中不能被程序利用的小
分区成为外碎片
分页是存储管理中进程的最后一页装不满而形成的不可利用的碎片为内碎片。 虚拟存储器的基本概念
所谓虚拟存储器是指具有请求调入功能和置换功能，能从逻辑上对主存容量进行扩充的一种存储器系统。逻辑容量由内存和外存容量之和决定。运行速度接近与内存，而其成本却又接近于外存。 虚拟存储器存储的特点
a、离散性。离散性是指在主存分配时采用离散分配方式，这是虚拟存储器的基础。
b、多次性。多次性是指一个作业被分成多次调入主存运行
c、对换性。对换性是指允许在作业的运行过程中换进、换出
d、虚拟性。虚拟性是指能够从逻辑上扩充主存容量，使用户所看到的主存容量远大于实际主存容量。虚拟存储器的实现方法 a、分页式虚拟存储管理
它是在分页式存储管理系统上增加了请求调页功能、页面置换功能所形成的页式虚拟存储管理系统
b、分段式虚拟存储管理
它是在分段式存储管理系统上增加了请求调段功能、分段置换功能所形成的段式虚拟存储管理系统。页面置换算法
（1）最佳置换算法淘汰或者长时间内不再访问的页面。
（2）先进先出置换算法（FIFO） 淘汰最先进入内存的页面
（3）最近最久未使用算法（LRU） 根据页面调入内存后的使用情况进行决策，利用最近过去仅是最近将来。（4）最近最不经常使用调度算法（LFU）最近时期使用最少
（5）最近未使用算法NUR （clock算法）设置访问位A 改进型的设置访问位A，M
I/O设备的类型1) 按传输速率分类
低速设备，传输速率每秒钟几个字节至数百个字节的一类设备。有键盘、鼠标器、语音的输入和输出等设备。
中速设备，传输速率在每秒钟数千个字节至数万个字节的一类设备。典型有行式打印机、激光打印机等。 高速设备， 传输速率在数百千个字节至数十兆字节的一类设备。 典型的高速设备有磁带机、磁盘机、光盘机等。2) 按信息交换的单位分类
第一类是块设备(Block Device)，这类设备用于存储信息。 信息的存取总是以数据块为单位。 它属于有结构设备。典型的块设备是磁盘，每个盘块的大小为512 B-4 KB。
第二类是字符设备(Character Device)，用于数据的输入和输出。 其基本单位是字符,故称为字符设备。
3) 按设备的共享属性分类
这种分类方式可将I/O设备分为如下三类：
(1)独占设备。(2) 共享设备。(3) 虚拟设备。
设备控制器的基本功能1)接收和识别命令
CPU可以向控制器发送多种不同的命令，控制器应能够接收并识别这些命令 2) 数据交换
实现CPU与控制器之间、控制器与设备之间的数据交换，前者通过数据总线，后者通过设置数据寄存器。 3) 标识和报告设备的状态
控制器中设置有状态寄存器，用其中的每一位来反映设备的某一种状态。4) 地址识别
系统中每个设备有一个地址，设备控制器必须能够识别它所控制的每个设备的地址。5) 数据缓冲
解决I/O设备和CPU、内存间速度不匹配的问题 6) 差错控制
兼管对由I/O设备传送来的数据进行差错检测。若发现错误，向cpu报告，由CPU重新传送。 设备控制器组成：
1)、设备控制器与处理机的接口 2)、设备控制器与设备的接口 3)、I/O逻辑I/O控制方式 1.程序I/O
2.中断驱动I/O控制方式优点：CPU 和I/O设备并行操作，CPU效率改善。缺点：中断的引入导致CPU的系统开销增大。
3.直接存储器访问DMA I/O控制方式 优点：避免了CPU对成批数据传输过程的频繁干预，CPU系统开销大大降低。一次可以完成一批数据的传输任务。缺点：
×一次只能完成一台设备的一批数据的传输任务。如果外部设备较多，仍然会增加CPU中断次数，导致CPU系统开销仍然很大。
4.I/O通道控制方式通道类型：
a、字节多路通道 特点：数据传输是以字节为单位进行的；通过循环轮转使用各子通道，达到了多路控制目的；主要用于控制低速、以字节为传输单位的外部设备(如打印机、显示终端等)。
b、数组选择通道 特点：每次控制一台设备连续传输一批数据；当一个设备要求的数据传输都结束后，选择通道才执行下个设备对应的通道程序；传输速度高，主要用于控制高速外设(如磁盘)。 c、数组多路通道 特点：
以循环轮转使用多个子通道，每个子通道能在时间片内传送一组数据；通道利用率较高。主要用于高速、中速设备(如磁带机)的控制。 缓冲管理
引入缓冲的原因
1.缓和CPU和I/O设备间速度不匹配的矛盾。2.减少对CPU的中断频率3.提高CPU和I/O并行性单缓冲
相对于没有缓冲区，单缓冲能提高用户进程的运行效率。
如果用户进程在对数据进行加工处理时不释放缓冲区，那么用户进程的性能并不能得到改善。
如果外部设备的速度比处理速度慢的多，那么单缓冲不会显著改变进程的性能。 双缓冲
当数据从缓冲区复制到用户空间时,输入设备不必等待,可以立即开始向另一缓冲区输入数据,因此系统处理一块数据的时间可表示为：max(C, T) 循环缓冲
循环缓冲技术是在主存中分配一组大小相等的存储区作为缓冲区，并将这些缓冲区链接起来，每个缓冲区中有一个指向下一个缓冲的指针，最后一个缓冲区的指针指向第一个缓冲区，这样n个缓冲区就成了一个环形。
三种类型的缓冲区：用于装输入数据的空缓冲区R、已经装满数据的缓冲区G、以及计算进程正在使用的工作缓冲区C 缓冲池：系统提供的公用缓冲,池中设置可供若干个进程共享的缓冲区.缓冲池组成： 3个队列：
空缓冲队列emq;输入队列inq 输出队列outq; 四个工作缓冲区：
hin：收容输入数据;sin：提取输入数据
hout：收容输出数据; sout：提取输出数据
缓冲池的管理 基本操作:
从缓冲区队列中按一定规则取出一个缓冲区的过程takebuf(Type)
把缓冲区按一定规则插入缓冲区队列中去的过程addbuf(type,number) 设备分配中的数据结构 设备控制表DCT
系统为每一个设备都配置了一张设备控制表，用于记录本设备的情况。系统设备表SDT
整个系统一张表，记录系统中所有I/O设备的信息，表目包括：设备类型、设备标识符、设备控制表、设备驱动程序入口等
控制器控制表COCT
一个控制器一张,包括控制器标识符,控制器状态,与控制器连接的通道表指针,控制器队列的队首指针,控制器队列的队尾指针.通道控制表CHCT
一个通道一张,包括通道标识符,通道状态,与通道连接的控制器表首址,通道队列的队首指针,通道队列的队尾指针.设备分配要考虑的因素：
1、I/O设备的固有属性 a、独享：b、共享：c、虚拟:
2、设备分配的算法1）FIFO2）优先权
设备分配中的安全性 安全分配方式：
每当进程发出一I/O后，即block，直到其I/O完成，运行时不保持任何资源。 优点：安全
缺点：进程进展缓慢，CPU和I/O设备之间是串行的不安全分配方式：
进程发出I/O请求后，仍在继续运行，需要时又可发出第二个I/O请求。仅当进程请求的设备已被另一个进程占用时，才被阻塞。
优点：一个进程可同时操作多个设备缺点：分配不安全，需安全性计算 设备独立性
设备无关性，指应用软件所引用的用于实现I/O操作的设备与物理I/O系统中实际安装的设备没有固定的联系.SPOOLing技术
将一台物理I/O设备虚拟为多台逻辑设备，从而允许多个用户共享使用一台物理设备；即利用高速的共享设备（磁盘）实现低速独占设备的共享使用的技术。 组成：
1、输出井和输入井：在磁盘上开辟的两个大的存储空间，模拟脱机输入/输出时的磁盘设备，暂存数据。
2、输入缓冲区和输出缓冲区：为了缓和CPU和磁盘之间速度不匹配的矛盾
3、输入进程和输出进程：两个进程来模拟脱机I/O时的外围控制机 SPOOLing技术的特点
（1）提高了I/O速度。从对低速I/O设备进行的I/O操作变为对输入井或输出井的操作，如同脱机操作一样，提高了I/O速度，缓和了CPU与低速I/O设备速度不匹配的矛盾。
（2）将独占设备改造为共享设备。在输入井或输出井中，分配给进程的是一存
储区和建立一张I/O请求表。
（3）实现了虚拟设备功能。多个进程同时使用一独享设备，而对每一进程而言，都认为自己独占这一设备，不过，该设备是逻辑上的设备。 磁盘访问时间 寻道时间Ts
把磁臂(磁头)从当前位置移动到指定磁道上所经历的时间 旋转延迟时间Tr
指定扇区旋转到磁头下面所需的时间 传输时间Tt
把数据从磁盘读出，或向磁盘写入数据所经历的时间 磁盘调度
先来先服务(FCFS)
优点：公平、简单，每个进程的请求都能依次得到处理
缺点：未对寻道进行优化，平均寻道时间较长
最短寻道时间优先(SSTF)
要求访问的磁道与当前磁头所在的磁道距离最近，以使每次的寻道时间最短。 优点：每次磁头移动距离较近缺点：不能保证平均寻道时间最短 扫描算法（SCAN）（电梯调度算法） 最短寻道时间算法虽然能获得较好的寻道时间，但可导致某些进程发生“饥饿”现象
SCAN算法：磁道距离 + 磁头移动方向 优点：较好的寻道性能，且能防止进程饥饿
缺点：严重推迟某些进程的请求 循环扫描（CSCAN）算法 N—Step—SCAN和FSCAN 文件系统
1、文件是指存放在外存上的已命名的一组相关信息的集合。
有结构的文件由若干相关记录组成，无结构文件看成一个字符流。文件的属性包括文件类型、文件长度、文件的物理位置、文件的存取控制、文件的建立时间。
2、记录
记录是一组相关数据项的集合，用于描述数据对象某方面的属性。它是文件中数据处理的基本单位，是组成文件的基本元素。
3、数据项
数据项是指描述一个对象的某种属性的字符集，它是数据处理的最小单位。 它可以分为
基本数据项：是用于描述一个对象的某种属性的字符集，是数据组织中可以命名的最小逻辑数据单位，即原子数据，又称为数据元素或字段。组合数据项：由若干个基本数据项组成，简称组项。文件类型
（1）按性质和用途分类
系统文件、用户文件、库文件（2）按文件中的数据形式分类源文件、目标文件
（3）按文件的存取控制属性分类只执行文件、只读文件、读写文件（4）按文件的逻辑结构分类有结构文件、无结构文件（5）按文件的物理结构分类顺序文件、链接文件、索引文件（6）按照文件的内容分类
普通文件、目录文件、特殊文件文件系统模型
文件系统是指含有大量文件及其属性说明的，对文件进行操纵和管理的，向用户提供使用接口的软件集合。
模型分为三个层次a、最低层是对象及其属性说明；b、中间层是对对象进行操纵和管理的软件集合；c、最高层是文件系统提供给用户的接口。文件的逻辑结构
1、有结构文件 根据记录长度a、定长记录 b、变长记录根据组织方式：a、顺序文件b、索引文件c、索引顺序文件 顺序文件
1、串结构。按存入时间的先后排列。
2、顺序结构 所有记录按关键字排列。 优缺点：批量存取的效率高，查找，增加删除记录比较困难。 索引文件
优点：有较快的检索速度，主要用于对信息处理的及时性要求较高的场合。缺点：要配置索引表，增加了存储费用。 索引顺序文件 将顺序文件中的所有记录分为若干组，为顺序建立一张索引表，
在索引表中为每组中的第一个记录建立
索引项，其中含有该记录的简直和指向该记录的指针。
直接文件和哈希文件
1、直接文件
根据记录键值，直接获取物理地址。
2、哈希文件
通过哈希函数把记录键值转化成记录地址。
外存分配方式（要知道大致原理）
1、连续分配方式
要求为每一igewenj分配一组相邻接的盘块。 优缺点： a、优点 顺序访问容易 顺序访问速度快 缺点：
a、要求有连续存储空间，会产生很多外碎片，降低外存空间利用率。 b、必须事先知道文件长度。
2、链接分配（消除了外碎片，提高了外存空间利用率）
a、隐式链接每个目录相中，都含有指向链接文件第一个盘块和最后一个盘块的指针。
只适合顺序访问，随机访问效率低。
2、显示链接
用于链接文件各物理块的指针，显示地存放在内存的一章链接表中。 FAT占用较大的内存空间。 索引分配
1、单级索引分配为每个文件分配一个索引快，再把分配给该文件的所有盘块好记录在索引块中。
支持直接访问，不会产生外碎片。可能要花费较多的外存空间。
2、多级索引分配
3、混合索引分配a、直接地址。b、一次间接地址b、多次间接地址。
