操作系统

一张思维导图，让你弄懂操作系统，操作系统是控制和管理整个计算机系统的硬件与软件，合理地组织、调度计算机的工作与资源分配，进而为用户和其他软件提供方便接口与环境的程序集合。

操作系统

• 计算机系统概述
  • 操作系统的基本概念
    • 操作系统的定义
      • 控制和管理整个计算机系统的硬件与软件，合理地组织、调度计算机的工作与资源分配，进而为用户和其他软件提供方便接口与环境的程序集合。
      • 是最基本的系统软件
    • 操作系统的特征
      • 并发
        • 并发与并行的区分
      • 共享
        • 互斥共享方式
          • 打印机，磁带机，同一时间，只允许一个进程访问
        • 同时访问
          • 这里的同时是宏观上的，微观上还是交替进行的，例如磁盘设备
      • 最基本特征 ，二者互为存在条件
      • 虚拟
        • 把物理上的实体变成逻辑上的对应物，只是让用户感觉到有，但是实际上没有
        • 分时复用技术
        • 空分复用技术
      • 异步
        • 多个程序并发，但是资源有限，进程的执行不是一贯到底的，而是走走停停的，以不可知的速度向前推进，这就是异步性
    • 操作系统的目标
      • 方便
        • 方便用户
      • 有效
        • 提高系统资源利用率
      • 重要的两个目标
      • 可扩充
        • 便于添加新功能，新模块
      • 开放
    • 操作系统的作用
      • OS作为用户与计算机硬件系统之间的接口
        • 意义
          • 用户在OS的帮助下能更加方便的操纵计算机硬件
        • 接口
          • 命令接口
            • 联机命令（交互式命令接口）
              • 有点像liunx命令窗口
              • 由键盘操作命令组成
            • 脱机命令接口（批处理命令接口）
              • 由一组作业控制命令组成
          • 图形接口
            • windows就用了图形接口
          • 程序接口
            • 由一组系统调用（广义指令）组成
              • 给程序员用的
      • OS作为计算机系统资源的管理者
        • 处理机
          • cpu
        • 存储器
          • 内存，外存
        • I/O设备
          • 打印机，键盘
        • 文件（数据和程序）
      • OS实现了对计算机资源的抽象
        • 如OS对io过程进行了封装，无需关心具体细节
        • 实现了各种虚拟
    • 推动操作系统发展的主要动力
      • 不断提高计算机资源利用率
      • 方便用户
      • 器件不断更新迭代
      • 计算机体系结构不断发展
      • 不断提出的应用需求
  • 操作系统的发展历程
    • 未配置操作系统的计算机系统
      • 人工操作方式（此时还没有操作系统）
        • 缺点
          • 用户独占全机
          • CPU等待人工操作
      • 脱机输入/输出方式
        • 解决了人机矛盾及CPU和I/O设备之间速度不匹配的矛盾（外围机）
        • 优点
          • 减少了CPU的空闲时间
          • 提高了I/O 速度
    • 单道批处理系统
      • 处理流程
      • 运行情况
      • 特征
        • 自动性
        • 顺序性
        • 单道性
      • 缺点
        • 系统资源得不到充分利用
    • 多道批处理系统
      • 运行情况
      • 特征
        • 多道
        • 宏观上并行
        • 微观上串行
      • 优点
        • 资源利用率高
        • 系统吞吐量大
      • 缺点
        • 平均周转时间长
        • 无交互能力
      • 要解决的问题
        • 处理机争用
        • 各种资源分配
    • 分时系统
      • 特征
        • 同时性
          • 可以多个用户同时使用一台计算机
        • 交互性
          • 计算机可以与用户交互
        • 独立性
          • 多个用户同时使用时互不打扰
        • 及时性
          • 用户请求可以快速获得响应
    • 实时系统
      • 武器控制
      • 信息查询
      • 多媒体
      • 嵌入式
    • 微操作系统
      • 单用户单任务操作系统
        • CP/M
        • MS-DOS
      • 单用户多任务操作系统
        • 早年windows
      • 多用户多任务操作系统
        • UNIX
        • LINUX
        • SOLARIS
  • 操作系统结构
    • 分层结构
      • 优点
        • 便于调试和验证，简化了系统的设计和实现
        • 易扩充和维护
      • 缺点
        • 合理定义各层很难
        • 效率较差
    • 模块化
      • 优点
        • 提高了操作系统的设计正确性，可理解性，可维护性
        • 增强了操作系统的可适应性
        • 加速了操作系统开发过程
      • 缺点
        • 规定接口很难满足实际需求
        • 每个模块齐头并进，无法建立在一个正确的基础上
    • 宏内核
      • 目前的windows,iOS,Android,Macos,linux
      • 优点
        • 高性能
    • 微内核
      • 鸿蒙
      • 基本概念
        • 足够小的内核
        • 基于C/S模式
        • 应用“机制与策略分离”原理
        • 面向对象
      • 基本功能
        • 进程管理
        • 低级存储器管理
        • 中断和陷入处理
      • 优点
        • 扩张性，灵活性
        • 可靠性，安全性
        • 可移植
        • 分布式计算
    • 外核
      • 虚拟机
  • 操作系统引导
  • 虚拟机
• 进程与线程
  • 进程
    • 作用
      • 更好的描述和控制程序的并发执行，实现操作系统的并发性和共享性
    • 定义
      • 进程是程序的一次执行过程
      • 进程是一个程序及其数据在处理机上顺序执行时所发生的活动
      • 进程是具有独立功能的程序在一个数据集合上运行的过程，它是系统进行资源分配和调度的一个独立单位
    • 特征
      • 动态性
        • 最基本特征
        • 有生命周期，会发生转化
      • 独立性
      • 并发性
      • 异步性
    • 状态转换
      • 运行态变阻塞态是主动的，但是阻塞态变就绪态是被动的，需要其他进程协助
    • 组成
      • 进程控制块pbc
        • 最核心
      • 程序段
        • 能调度到cpu执行的代码片段，可以被多个进程共享
      • 数据段
    • 控制 （原语）
      • 创建
      • 终止
      • 阻塞和唤醒
    • 通信
      • 共享存储
      • 消息传递（原语）
        • 直接通信
        • 间接通信
          • 信箱
      • 管道通信
        • 本质上是文件
  • 线程
    • 作用
      • 减小程序在并发执行时所付出的时空开销，提高操作系统的并发性能
    • 定义
      • “轻量级进程”，基本的cpu执行单元，程序执行流的最小单元
    • 组成
      • 线程id
      • 程序计数器
      • 寄存器集合
      • 堆栈
    • 属性
      • 线程不拥有系统资源
      • 不同的线程可以执行相同的程序
      • 线程可以调用进程里的所有资源
      • 多个线程可以并发执行
      • 线程也有生命周期，也会发生状态转换
    • 组织与控制
      • 线程控制块tcb
      • 创建
      • 终止