第十章 操作系统
10.1操作系统的角色
操作系统负责管理硬件资源，允许应用软件直接的或通过其他系统软件访问系统资源。它提供了直接的人机交互界面。
一台计算机通常只有一个活动的操作系统，在系统运行中负责控制工作。
操作系统的各种角色通常都围绕着一个中心思想“良好的共享”
10.1.1内存、进程与CPU管理
多道程序设计（multiprogramming）：同时在主存中驻留多个程序，由它们竞争CPU的技术
内存管理（memory management）：了解主存中载有多少个程序以及它们的位置的动作
所有现代操作系统都采用多道程序设计技术，因此，操作系统必须执行内存管理，以明确内存中有哪些程序以及它们驻留在内存的什么位置。
进程（process）：程序执行过程中的动态表示法
进程管理（process management）：了解活动进程的信息的动作
CPU调度（CPU scheduling）：确定主存中的哪个进程可以访问CPU以便执行的动作
10.1.2批处理
程序和系统指令集合在一起称为作业
现代操作系统中的批处理概念允许用户把一组OS命令定义为一个批文件以控制一个大型程序或一组交互程序的处理。
10.1.3分时
分时（timesharing）：多个交互用户同时共享CPU时间的系统
虚拟机（virtual machine）：分时系统创建的每个用户都有专属机器的假象
主机（mainframe）：一个大型的多用户计算机，通常与早期的分时系统相关
哑终端（dumb terminal）：在早期的分时系统中用户用于访问主机的一套显示器和键盘
操作系统负责在幕后管理资源共享
在分时系统中，每个用户都有自己的虚拟机，可以使用虚拟机中的所有系统资源
分时系统最初由一台主机和一组连接到主机的哑终端组成
10.1.4其他OS要素
微型机第一次采用单个的集成芯片作为CPU
实时系统，就是必须给用户提供最少响应时间的系统
响应时间（response time）：收到信号和生成响应信号之间的延迟时间
10.2内存管理
操作系统必须采用下列技术：
•跟踪一个程序驻留在内存的什么位置以及是如何驻留的
•把逻辑程序地址转换成实际的内存地址
逻辑地址（logical address）：对一个存储值的引用，是相当于引用它的程序的
物理地址（physical address）：主存储设备中的真实地址
当程序最终载入内存时，每个逻辑地址将被转换成对应的物理地址。逻辑地址和物理地址间的映射叫做地址联编。把逻辑地址联编到物理地址的时间越迟，得到的灵活度越大。逻辑地址使得程序可以在内存中移动，或者每次载入不同的位置。只要知道程序存储的位置，就可以确定任何逻辑地址对应的物理地址
10.2.1单块内存管理
单块内存管理：把应用程序载入一段连续的内存区域的内存管理方法
逻辑地址只是一个相对于程序起始位置的整数值，要生成物理地址，只要用逻辑地址加上程序在物理主存中的起始地址即可
单块内存管理法的优点是实现和管理都很简单，但却大大浪费了内存空间和CPU时间
10.2.2分区内存管理
固定分区法（fixed-partition technique）:把内存分成特定数目的分区以载入程序的内存管理方法
动态分区法（dynamic-partition technique）：根据容纳程序的需要对内存分区的内存管理方法
基址寄存器（base register）：存放当前分区的起始地址的寄存器
界限寄存器（bounds register）：存放当前分区的长度的寄存器
当CPU开始运行一个程序时，OS将把程序的分区起始地址储存到基址寄存器中，分区的长度将被存入界限寄存器。
在动态分区中，作业可以在内存中移动，以创建较大的空白分区。这个过程叫做压缩。
10.2.3页式内存管理
页式内存管理法（paged memory technique）:把进程划分为大小固定的页，载入内存时储存在帧中的内存管理办法
帧（frame）：大小固定的一部分主存。用于存放进程页
页（page）：大小固定的一部分进程，存储在内存帧中
页映射表（Page Map Table，PMT）：操作系统用于记录页和帧之间的关系的表
在页式内存管理法中，主存被分成小的大小固定的存储块。叫做帧。进程被划分为页
为了掌握进程页的分布，操作系统需要为内存中的每个进程维护一个独立的页映射表
10.3进程管理
10.3.1进程状态
进程状态（process state）：在操作系统的管理下，进程历经的概念性阶段
在计算机系统的管理下，进程会历经几种状态：进入状态、准备执行、执行、等待资源以及执行结束。
可能同时有多个进程处于准备就绪或等待状态，但只有一个进程处于运行状态。
10.3.2进程控制块
进程控制块（process control block）：操作系统管理进程信息使用的数据结构
通常每一个状态由一个PCB列表表示，处于该状态的每个进程对应一个PCB。当进程从一个状态转移到另一个状态时，它对应的PCB也会从一个状态列表中转移到另一个状态列表。新的PCB是在最初创建进程（新状态）的时候创建的，将一直保持到进程终止。
上下文切换（context switch）：当一个进程移出CPU，另一个进程取代它时发生的寄存器信息交换。
10.4CPU调度
CPU调度就是确定把哪个处于准备就绪状态的进程移入运行状态
非抢先调度（nonpreemptive scheduling）：当当前执行的进程自愿放弃了CPU时发生的CPU调度。
抢先调度（preemptive scheduling）：当操作系统决定照顾另一个进程而抢占当前执行进程的CPU资源时发生的CPU调度
周转周期（turnaround time）：从进程进入准备就绪状态到它最终完成之间的时间间隔，是评估CPU调度算法的标准。
10.4.1先到先服务
在先到先服务（FCFS）调度方法中，进程按照它们到达运行状态的顺序转移到CPU。FCFS调度是非抢先的。一旦进程获得了CPU的访问权，那么除非它强制请求转入等待状态，否则将一直占用CPU。
FCFS算法很容易实现，但却因不注意某些重要因素而变得复杂。虽然我们在计算周转周期的时候使用了服务时间，但是FCFS算法却没有用这些信息来帮助确定最佳的进程调度顺序。
10.4.2最短作业优先
最短作业优先（SJN）CPU调度算法将查看所有处于准备就绪状态的进程，并分派一个具有最短服务时间的，通常被实现为非抢先算法。
SJN是基于未来信息的
10.4.3轮询法
CPU的轮宣发将把处理时间平均分配给所有准备就绪的进程。该算法建立单独的时间片（或时间量子）。
时间片（time slice）：在CPU轮询算法中分配给每个进程的时间量。
轮询法是抢先的，，时间片到期，进程就会被强制移出CPU，即从运行状态转移到准备就绪状态。
第十一章 文件系统和目录
11．1文件系统
文件（file）：数据的有名集合，用于组织二级存储设备
文件系统（file system）：操作系统为它管理文件提供的逻辑视图
目录（directory）：文件的有名分组
11.1.1文本文件和二进制文件
文本文件（text file）：包含字符的文件
二进制文件（binary file）：包含特定格式的数据文件，要求给位串一个特定的解释
文本文件中，数据字节是ASCII或Unicode字符集中的字符，二进制文件要求基于文件中的数据给位串一个特定的解释。
11.1.2文件类型
文件类型（file type）：文件中存放的关于类型的信息
文件拓展名（file extension）：文件名中说明文件类型的部分
拓展名 文件类型
Txt 文本数据文件
Mp3,au,wav 音频文件
Gif, tiff ,jpg 图像文件
Doc,wp3 字处理文档
Java, c, cpp 程序源文件
11.1.3文件操作
创建文件
删除文件
打开文件
关闭文件
从文件中读取数据
把数据写入文件
重定位文件中锋当前文件指针
把数据附加到文件结尾
删减文件
重命名文件
复制文件
11.1.4文件访问
顺序文件访问（sequential file access）：以线性方式访问文件中的数据的方法
直接文件访问（direct file access）：通过指定逻辑记录编号直接访问文件中的数据的方法
11.2 目录
大多数操作系统都用文件表示目录。
目录文件存放的是关于目录中的其他文件的数据。
11.2.1 目录树
目录树（directory tree）:展示文件系统的嵌套目录组织的结构。
根目录（root directory）:包含其他所有目录的最高层目录。
任何一个目录下的所有文件的名字都必须是唯一的，但不同目录或子目录下的文件则可以是同名的。
工作目录（working directory）:当前活动的子目录。
11.2.2 路径名
路径（path）：文件或子目录在文件系统中的位置的文本名称。
绝对路径（absolute path）:从根目录开始，包括所有后继子目录的路径。
相对路径（relative）：从当前工作目录开始的路径。
11.3 磁盘调度
磁盘调度（disk scheduling）:决定先满足哪个磁盘I/O请求的操作。
11.3.1 先到先服务磁盘调度法
11.3.2 最短寻道时间优先磁盘调度法
这一方法将通过尽可能少的读写头移动满足所有未解决的请求。
11.3.3 SCAN磁盘调度法
这种方法只是在磁盘调度法中没有上下移动，而是读写头向轴心移动，然后再向盘片边缘移动，就这样在轴心和盘片边缘之间来回移动
这种算法的一些变体能用各种方法提高它的性能。
另一种变体则是最小化到轴心和到盘片边缘的移动极限