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第一节 操作系统概述

🎄一、操作系统基本概念

操作系统：组织和管理软件，硬件资源以及计算机系统中的工作流程，并控制程序的执行，向用户提供接口。

1️⃣操作系统的五大部分：

进程管理：进程控制，进程同步，进程通信，进程调度
文件管理：文件存储空间管理，目录管理，文件的读写管理，存取控制
存储管理：存储分配与回收，存储保护，地址映射（变换），主存扩充
设备管理：对硬件设备管理，对输入输出设备的分配，启动，完成和回收
作业管理：任务，界面管理，人机交互，图形界面，语者控制，虚拟现实

操作系统是用户与计算机硬件之间的接口。
操作系统是软件与计算机硬件之间的接口。

🎋二、操作系统的分类

1️⃣批处理操作系统：

单道批：一次一个作业入内存，作业由程序，数据，作业说明书组成。
多道批：一次多个作业入内存，特点：多道，宏观上并行，微观上串行。

2️⃣分时操作系统：

采用时间片轮转的方式为多个用户提供服务，每个用户感受独占系统。
特点：多路性，独立性，交互性和及时性。

3️⃣实时操作系统：

实时控制系统和实时信息系统，交互能力要求不高，可靠性要求高。

4️⃣网络操作系统

方便有效共享网络资源，提供服务软件和有关协议的集合
主要的网络操作系统有: Unix , Linux和Windows Server 系统

5️⃣分布式操作系统:

任意两台计算机可以通过通信交换信息
是网络操作系统的更高级形式，具有透明性， 可靠性和高性能等特性

6️⃣微机操作系统:

Windows :Microsoft开发的图形用户界面，多任务，多线程操作系统
Linux :免费使用和自由传播的类Unix操作系统，多用户，多任务，多线程和多CPU的操作系统

7️⃣嵌入式操作系统:

运行在智能芯片环境中
特点:微型化，可定制，实时性，可靠性，易移植性

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第二节 进程管理

🎍一、进程的三态模型

进程管理（处理机管理）：在计算机系统中，资源分配和独立运行的基本单位。
运行：进程在处理器上运行。单处理机系统，处于运行状态的进程只能是一个。
就绪：进程获得除处理机以外的一切所需资源，一旦得到处理机即可运行。
等待：也叫阻塞或睡眠状态，一个进程正在等到某一个事件的发生而暂停，停止运行。

🎎二、信号量机制

1️⃣信号量S

整形变量，并根据控制对象进行赋值。S ≥ 0表示资源可用数，S＜0表示排队进程数。
例：有10个资源，20个进程，资源进入进程之前，资源可用数为10，全部资源进入进程之后，现场还有10个空位，也会索要资源，所以排队进程数为-10，表示缺10个资源。所以范围为-10～10。
若n个资源，m个进程（m＞n），范围为n-m～n。

2️⃣死锁

多个进程在运行过程中因争夺资源而造成的一种僵局，当进程处于这种僵持状态时，若无外力作用，他们都将无法再向前推进。
例：4个进程，每个进程需要3个资源，有多少资源时可能会死锁？
若n个进程，每个进程需要m个资源，则资源数 ≥ n ×（m-1）+1时一定不会死锁，资源数 ≤ m-1时一定会死锁，m ≤ 资源数 ≤ n×（m-1）时可能会死锁。

3️⃣同步和互斥

进程通信：各个进程交换信息的过程。
分类：同步（直接制约），互斥（申请临界资源间接制约）。

例：互斥模型：多进程共享一台打印机。
P(S):使用打印机。V(S):后续代码。互斥信号量S的初值为1。
例：同步模型：单缓冲区生产者，消费者问题。