重读现代操作系统-引论&进程

1.引论

计算机运行模式：内核态与用户态，操作系统作为软件中最基础的部分，运行在内核态（管态、核心态）

操作系统由硬件保护，防止用户试图对其进行修改，但在嵌入式系统（无内核态）或解释系统（解释方式而非硬件方式区分组件）中并非如此。

操作系统的定义

运行在内核态的软件

运行两个基本独立的任务：

1.为应用程序提供一个资源集合的清晰抽象

2.管理硬件资源

概念：抽象
抽象是管理复杂性的一个关键，抽象可以将几乎不可能管理的任务划分为可管理的两个部分，
第一部分是有关抽象的定义和实现，
第二部分是随时用该抽象解决问题，抽象是理解操作系统的关键

从不同的角度理解操作系统

自顶向下：操作系统向应用程序提供基本抽象

自低向上：操作系统用来管理一个复杂系统的各个部分

硬件组成：操作系统在相互竞争的程序之间有序地控制对处理器、存储器以及相关I/O接口设备等硬件资源的调度与分配

资源管理

时间复用：不同程序或用户轮流使用

空间复用：每个程序都获得资源的一部分

计算机硬件

处理器（CPU）：从内存中取出指令并执行，每个CPU都有一套可执行的专门指令集，包含通用寄存器、程序计数器、堆栈指针、程序状态字寄存器

程序计数器：指向下一条指令的内存地址
堆栈指针：指向内存中当前栈的顶端
程序状态字寄存器：包含条件码位、CPU优先级等各种控制位，例如可以控制CPU处于内核态或是用户态，当处于内核态时可以执行指令集中的每一条指令，而处于用户态时仅能执行整个指令集的一个子集

存储器

磁盘

磁带

I/O设备

总线

2.进程

创建进程的4种方式

1.系统初始化

2.正在运行的进程调用系统调用创建进程

3.用户请求创建新的进程

4.一个批处理作业的初始化

进程终止的4种情况

1.正常退出

2.出错退出

3.严重错误

4.被其它进程杀死

进程的层次结构

父进程与子进程以某种形式保持关联，子进程可以创建更多的进程，组成进程的层次结构

而Windows中没有进程层次的概念，所有进程的地位相同，
唯一类似进程层次的暗示为父进程拥有一个句柄，可用于控制子进程，其有权将句柄交予某个其它进程

进程的状态

1. 运行态（进程占用CPU）
2. 阻塞态（除非某种外部事件发生，否则进程不能运行）
3. 就绪态（可运行，因其它进程正在运行而暂时停止）

stateDiagram-v2
运行态
运行态 --> 阻塞态

运行态 --> 就绪态

阻塞态 --> 就绪态

就绪态 --> 运行态

就绪态与运行态的转换由进程调度程序引起，进程调度程序是操作系统的一部分，进程甚至感觉不到调度程序的存在，如何调度由具体的调度算法决定

进程的实现

进程表（process table），每个进程占用一个进程表项（进程控制块）

中断

进程间通信

避免竞争条件：

1.任何两个进程不能同时处于其临界区
2.不对CPU的速度和数量做任何假设
3.临界区外运行的进程不得阻塞其它进程
4.不得使进程无限期等待进入临界区

忙等待的互斥：

1.屏蔽中断
2.锁变量
3.严格轮换
4.Peterson解法