参考书目：《操作系统：精髓与设计原理》

第2章 操作系统概述

2.1 操作系统的功能

1. 作为用户和计算机之间的接口，提供以下几种服务：
   • 程序开发
   • 程序运行
   • I/O设备访问
   • 文件访问控制
   • 系统访问
   • 错误检测和相应
   • 记账：资源利用率等统计数据
2. 作为资源管理器

2.2 操作系统的发展史

1. 串行处理
2. 简单批处理系统
3. 多道批处理系统
4. 分时系统：时间片技术

2.3 操作系统的4个重要理论进展

1. 进程：
   • 一个正在执行的程序
   • 一个正在计算机上执行的程序实例
   • 能分配给处理器并由处理器执行的实体
   • 由一组执行的指令、一个当前状态和一组相关的系统资源表征的活动单元
2. 内存管理：虚存
3. 信息保护和安全：可用性、保密性、数据完整性、认证（用户身份、数据合法性）
4. 调度和资源管理

2.4 现代操作系统的特性

1. 并发（concurrency）：多个事件在同一时间间隔内发生，宏观上并发，微观上交替执行，并发指的是进程。区别于并行（parallelism）：多个事件在同一时刻发生。
2. 共享（sharing）：多个进程共享有限的计算机系统资源。互斥共享。
3. 异步性（asynchronism）：程序执行顺序和执行时间的不确定性。难以重现系统在某个时刻的状态。
4. 虚拟（virtual）：一个物理实体映射为若干个对应的逻辑实体。

2.5 操作系统提供的用户接口

1. 程序接口：系统调用
   • OS提供给软件开发人员的唯一接口，利用它使用系统功能
   • 功能：设备管理、文件管理、进程控制、进程通信、存储管理、系统管理
   • 和函数调用的相同点：
     • 改变指令流程
     • 重复执行和公用
     • 改变指令流程后需要返回原处
   • 和函数调用的不同点：
     • 系统调用是动态调用，函数调用是静态调用
       • 系统调用不包含被调用的代码，调用地址和返回地址不固定。通过功能号、压栈出栈来确定调用地址和返回地址
       • 函数调用的被调用代码和调用代码在同一程序内。调用地址固定，包含在调用语句中；返回地址不固定，通过栈保存。
     • 执行状态不同：系统调用在核心态
     • 进入方式不同：用int或trap进行系统调用，用call或jmp进行过程调用
     • 与进程调度的关系不同：采用抢占式调度的系统，在系统调用返回时要进行重新调度的检查，看是否有更高优先级的任务就绪
     • 嵌套、递归调用：系统调用一般不允许
2. 作业接口：系统命令

第3章 进程

3.1 什么是进程

1. 进程的定义：可并发执行的程序在某个数据集合的一次计算活动，是操作系统进行资源分配和保护的基本单位。
2. 进程的元素：
   • 程序代码
   • 数据集合
   • PCB（进程控制块）：描述进程状态的一些属性：
     • 标识符：用于区分其他进程
     • 状态：运行态等
     • 优先级
     • 程序计数器
     • 内存指针
     • 上下文数据：寄存器中的数据
     • I/O状态信息：显式I/O请求、分配给进程的I/O设备等
     • 记账信息：处理器时间总和、时钟组合等
3. 进程控制块：用于记录和刻画进程状态及有关信息的数据结构。由OS创建管理，是系统感知进程存在的唯一标志，和进程一一对应。

3.2 进程状态

1. 进程的创建：
   • 新的批处理作业
   • 终端用户登录OS
   • 为提供服务由OS创建
   • 现有进程派生
2. 进程的终止：正常完成、超时、错误、父进程终止等
3. 七状态模型：
   • 运行态
   • 就绪态：进程已在内存中并可以执行
   • 新建态
   • 退出态
   • 阻塞态：进程在内存中并等待一个事件
   • 阻塞/挂起态：进程在外存中并等待一个事件
   • 就绪/挂起态：进程在外存中，但只要载入内存就可执行
4. 七状态模型的状态转换：
   • 阻塞-阻塞/挂起：若没有就绪进程，则至少换出一个阻塞进程，为未阻塞进程腾出空间；就绪进程需要更多的内存空间，挂起一个阻塞进程