操作系统

操作系统是管理计算机硬件和软件资源，并且提供用户交互的软件系统 常见操作系统有Windows，Linux，Android 操作系统具备管理计算机资源的功能，具备抽象计算机资源的能力，能和用户进行交互 操作系统实质上是一个很复杂的控制软件，可以管理应用，资源管理，管理外设等等 操作系统的架构的层次是在硬件之上，应用之下 OS Kernel：可并发（同时存在多个运行的应用）。可共享，可虚拟，可异步 微内核：尽可能将内核功能移植到用户空间，缺点就是性能低 外核和内核：一个负责硬件，一个负责软件 DISK（硬盘存储）：存储OS BIOS：基本I/O处理系统（加载外设以及加载软件来运行OS） （basic I/O system) BootLoader：加载OS POST（加电自检，查找显卡和执行BIOS） 系统调度：来源于“合法”的应用向系统发出服务请求的（同步或者异布） 异常：来源于“不良”的应用非法指令（或者应用意想不到的请求，应用无法获得资源需求）（同步） 中断：来源于外设对于硬件设备和网络中断（异步） 逻辑化地址空间，独立地址空间，可访问相同内存，更多内存空间（虚拟化） 物理地址空间：硬件支持的地址空间 逻辑地址空间：应用程序拥有的内存范围 操作系统为了运行多个程序，进行了内存地址的隔离（分配独立的虚拟内存地址），虚拟内存地址和物理内存地址是映射关系 应用逻辑地址映射到物理地址 CPU需要逻辑地址上的内存内容（ALU），内存管理单元（MMU）寻找逻辑地址和物理地址之间的映射，控制器将从总线发送物理地址的内存内容的请求 内存发送物理地址内存内容给CPU（告诉CPU，物理地址找到了），建立逻辑地址和物理地址之间的映射（确保应用互不干扰） 虚拟地址和物理地址的映射关系管理 内存分段（内存被看成一组不同长度的段） 内存分段下的虚拟地址分为段选择⼦和段内偏移量 段选择⼦保存在段寄存器中，段选择⼦其中的段号被用于段表的索引，段表中保存的是这个段的基地址和段界限等等 而段内偏移量是位于0和段界限之间的，如果段内偏移量合法，那么段内偏移量加段的基地址得到物理内存地址 分段的内存碎片问题，如果某个程序占用了128mb内存，然后该程序被关闭了，释放128mb内存，如果这个128mb内存不是连续的，而是被分段了，这将导致没有内存空间打开另一个内存占用128mb的程序 内存分页（将物理内存和虚拟内存切成一段段固定大小的内存空间） 内存分页解决了内存分段的内存碎片问题，其释放内存是以页为单位释放的，当内存空间不够，会释放其他正在运行的进程的没使用的内存页面 内存分页下的虚拟地址被分为页号和页内偏移，页好为页表的索引，页表保存着物理页的所在物理内存的基地址，基地址和页内偏移组成物理内存地址 内存分页的缺点就是在运行多线程时，页表会非常大，所以出现了多级⻚表（将页表分成一级一级的） 段⻚式内存管理（内存分段和内存分页的结合体） 先将内存分为多个段，再将每个端分为多个页，地址通过段号，段内⻚号和⻚内位移组成 连续性内存管理（内存碎片和分区的动态分配） 外部碎片：在分配单元间的未使用内存 内部碎片：在分配单元中的未使用内存 当一个应用被批准运行在内存中时，分配一个连续的区间，来给运行的应用访问数据 动态分配的策略：当想分配某字节，先从低地址找，找到第一个被某字节大的空闲块，就使用它 动态分配的缺点就是外部碎片严重 非连续内存分配 分段Segmentation： 逻辑地址空间连续，物理地址离散 一个段表示一个内存块，一个逻辑地址空间，应用访问内存地址的时候，需要个二维的二元组 虚拟内存： 早期内存不够应用消耗，应用的规模比存储器的容器大 当应用太大，超出内存，可采用手动的覆盖(overlay) 技术，只把需要的指令和数据保存在内存中 当应用太多，超出内存，可采用自动的交换(swapping) 技术，把暂时不能执行的程序送到外存（磁盘）中 进程和线程： 进程状态(state)，线程(thread)，进程间通信(inter-process communication)，进程互斥与同步，死锁(deadlock) 进程包含正在运行的应用的全部状态信息 进程可动态化创建，结束进程，可以被独立调度并占用处理，不同的进程互不影响，可访问共享数据或者资源 进程控制块(process control block, PCB)：进程的数据结构，操作系统管理控制进程运行所用的信息集合，操作系统为每一个进程都维护了一个PCB，用来存储保存和该进程有关的状态信息 进程是操作系统最小可调度的资源单位 多个程序运行在单核心CPU服务器上，实质就是在共享时间片（时间片，操作系统将某个程序分配到某段CPU时间上，单核是无法同时运行多个程序的，只能共享时间片，而进程就是因此而生） 进程状态有3种，分别是运行，阻塞以及就绪 运行和就绪可互相转换，运行状态就是CPU指令在读取运行进程中的程序段，而就绪就是该进程在等待调用 运行可切换到阻塞状态 阻塞就是进程在等待信号（依赖的资源没有就位），阻塞状态结束后会切换到就绪状态 进程状态的切换可理解为接力赛跑，运行状态就是正在跑的运动员，而就绪状态就是在等待接力棒的运动员，而阻塞状态就是运动员需要补充休息，暂时不跑了...