OS对资源的管理，就是对硬件+软件两种资源的管理。
硬件：CPU+存储（主存）+装备
软件：文件（系统）
这就是操作系统的4个章节。
单核达不到程序级并行，但可以到达指令级并行（pipeline）。
概念：
目的：为了实现并发，要不然直接傻瓜调度就好了，就不需要进程了。
进程与程序的区分：动态vs静态；进程有PCB；2者多对多（1个进程可以触及多个程序–>通过系统调用；1个程序可以对应多个进程–>通过量次履行）
状态：运行，阻塞（等待除CPU的资源，如IO，内存等），就绪（等CPU），还有创建&终结
3个核心状态构成4条有向边：
1. 运行 –> 阻塞：等待IO等资源；
2. 阻塞 –> 就绪：IO等资源完成，等待CPU；
3. 就绪 –> 运行：终究抢到了CPU；
4. 运行 –> 就绪：时间片用完了。。。
另外，新建（fork）以后进程处于就绪状态，运行完落后程也可能直接变成结束状态。
是1种数据结构。
包括PID，进程状态，优先级，现场保存区，所需资源已分配资源，调度信息等。现场保存区就是释放CPU时，用来记录CPU此时的寄存器、程序状态字等状态的。
创建进程就是创建PCB，杀死进程就是撤消PCB ==> PCB就是进程存在的标志和唯1代表。它包括了进程的状态调度和控制此进程的所有信息。
进程 = 程序段 + 数据块 + PCB
即：创建，撤消，状态转换。
原语primitive
创建start() 撤消exit() 阻塞await() 唤醒notify()
撤消原语撤消的是PCB而不是程序段，由于程序段有可能被几个进程同享。
管道、信号、消息队列、同享内存、信号量、套接字 等
Pipe：比如cat -A hello.cpp | head，只能承载无格式字节流；
Signal：比如9号代表SIGKILL，所以有kill ⑼ xxx；
消息队列：是消息的链接表，克服了信号承载信息量少，管道只能承载无格式字节流和缓冲区大小受限等缺点；
同享内存：多个进程可以访问同1块内存空间，是最快的可用IPC情势。是针对其他通讯机制运行效力较低而设计的。常常与其它通讯机制，如信号量结合使用，来到达进程间的同步及互斥。
信号量（semaphore）：主要作为进程间和同1进程不同线程之间的同步手段。
Socket：更加1般的进程间通讯机制，可用于不同机器之间的进程间通讯。
先来先服务FCFS、轮转（时间片）、优先级法（优先级高的弄完了再释放CPU）、分级轮转（优先级+时间片：多个优先级不同的队列，先处理优先级高的队列）
信号量机制可以用来解决进程的同步与互斥问题。
临界资源：某些时段只能允许1个进程使用的资源。
临界区：访问临界资源的程序段。临界区是代码，代码段。
也叫直接制约关系。进程间协同工作，有前后次序。
也叫间接制约关系。访问临界资源时。
空闲让进，忙则等待（两句空话，无需解释）
有限等待，让权等待（正解！对要求访问的进程，应保证能在有限时间内进入临界区；如果进不去临界区，应当立即释放处理器，避免忙等待）
整型信号量被定义为1个用于表示资源数目的整型量S。
wait和signal操作可描写为：
wait(S){
while (S<=0);
S=S⑴;
}
signal(S){
S=S+1;
}缺点：很明显，缺点就是违背了“让权等待”原则，信号量S<=0时，会不断循环测试，进程处于忙等状态。
之所以叫记录型信号量，是由于信号量不再是单纯的1个整形来表示，而使用1个结构体：
typedef struct{
int value;
struct process *L;
} semaphore;相应的wait(S)和signal(S)的操作以下：
void wait (semaphore S) { //相当于申请资源
S.value--;
if(S.value<0) {
add this process to S.L;
block(S.L);
}
}wait操作，S.value–，表示进程要求1个该类资源，当S.value<0时，表示该类资源已分配终了，因此进程应调用block原语，进行自我阻塞，放弃处理机，并插入到该类资源的等待队列S.L中，可见该机制遵守了“让权等待”的准则。
void signal (semaphore S) { //相当于释放资源
S.value++;
if(S.value<=0){
remove a process P from S.L;
wakeup(P);
}
}signal操作，表示进程释放1个资源，使系统中可供分配的该类资源数增1，故S.value++。若加1后还是S.value<=0，则表示在S.L中仍有等待该资源的进程被阻塞，故还应调用wakeup 原语，将S.L中的第1个等待进程唤醒。
具体参考信号量：整型、记录型信号量和利用信号量实现进程互斥和先驱关系
TODO：生产者消费者 银行家 等
P/V操作有效，但是是低级的，如果不由程序员来控制完成，才是ok的。
管程，就是用来管理临界资源的。
为了访问临界资源，管程每次只允许1个进程进入其内，不过这无需程序员操心，由编译器保证。所以很高级。
死锁的条件：
1. 互斥；
2. 不剥夺；
3. 要求和保持；
4. 环路等待。
即：有争取的东西；他人正在用东西的时候你不能侵占；没拿全所需的东西的时候，已拿到的也不放手；最后大家都相互等待循环等待，gg。
Attention：环路等待和死锁的关系。
死锁，1定是出现了环路等待。但是环路等待未必会死锁。
例如：两个人要上厕所，需要穿鞋，有1只L鞋子，1只R鞋子。A拿到L，B拿到R，则环路等待，两人都走不了路，死锁。但是如果有两只L鞋子，1只R鞋子，从等待关系上来看，两个人还是会构成环路等待圈，但是其实不会死锁。由于B可以集齐1套，用完以后释放1只L1只R，此时A就能够的到R，愉快上厕所=.=
所以：只有系统的每类资源都只有1个时，环路等待才等价于死锁。
对待死锁，有：死锁预防、死锁避免、思索检测与消除。
资源独占：毙掉3,即必须拿到所有的资源才能运行，如果拿不全的话，那就不拿。
缺点：资源利用率低，系统资源被严重浪费，其中有些资源可能仅在运行早期或运行快结束时才使用，乃至根本不使用。而且还会致使“饥饿”现象，当由于个别资源长时间被其他进程占用时，将导致等待该资源的进程迟迟不能开始运行。
资源顺序分配：只要进程提出申请分配资源Ri，则该进程在以后的资源申请中，只能申请编号大于Ri的资源。
好处：提高资源利用率
缺点：问题是编号必须相对稳定，这就限制了新类型装备的增加
银行家算法：看看借出去的租能否收回来。如果全都借出去还满足不了对方，不能收回来，那就先不借出去。
资源分配图：要求边、分配边
死锁定理：资源分配图不能完全简化 <==> 死锁
实质上是如何让释放资源的进程继续运行
资源剥夺法：挂起某些进程。被挂起的进程不能1直挂着处于“饥饿状态”，饿死了怎样办。。。
撤消进程法：撤消某些进程。根据优先级和撤消的代价决定。
目的：进1步提高程序并发度，提高系统吞吐量
资源同享，减小开消，更好的并发性
进程是资源分配的基本单位，线程是CPU调度的基本单位。
进程有自己的地址空间，即便崩了也不会影响其他进程；线程没有单独的地址空间（但有自己的堆栈&局部变量），线程崩了全部进程就崩了。所以多进程比多线程更硬朗，但资源消耗太大，效力太差。
进程有自己的数据空间，所以进程间数据的传递需要进程间通讯；线程没这么麻烦，同1进程下的线程同享进程的代码段、数据段、系统资源（打开的文件等）等。
孤儿进程vs僵尸进程
爸爸gg了，孩子就是孤儿进程；孩子gg了，爸爸不去收尸，孩子就成了僵尸进程。
所有的进程（init进程除外）gg后都会经历僵尸进程，等待爸爸来收尸^_^。
进程的TASK_ZOMBIE状态：进程灭亡，PCB还在task数组中。发送信号给父进程，父进程释放其task_struct结构。
地址转换
相对地址（逻辑地址/地址空间）：源代码编译成的目标代码中的地址
绝对地址（存储空间）：可履行代码在物理内存中的实际地址
地址重定位（地址映照）：逻辑地址 –> 绝对地址
静态重定位
程序履行之前进行的定位，直接修改存有地址的源码
动态重定位
程序履行进程中的地位，装入代码后，拿相对地址加上起始地址便可。
存储管理部件MMU，Memory Management Unit，有时称作分页内存管理单元（paged memory management unit，缩写为PMMU）。它是1种负责处理CPU的内存访问要求的计算机硬件。它的功能包括虚拟地址到物理地址的转换（即虚拟内存管理，将虚页号转换为物理页号，页内偏移不用改动）等。
页表在主存，1次读写操作需要两次访存。第1次从内存访问页表，获得物理地址，第2次才是真实的根据物理地址获得内存中的数据。
所以将1部份页表放入cache，成为快表。就变成了1次“访缓”+1次访存。固然如果“访缓”没找到相应的页，还得去主存中访问页表。（如果根据页表得到的页不在主存中，还需要产生缺页中断，由中断处理程序将相应的页从磁盘调入主存）
内存管理单元通常借助1种叫做转译旁观缓冲器（Translation Lookaside Buffer，缩写为TLB）的相联高速缓存（associative cache）来将虚拟页号转换为物理页号。当后备缓冲器中没有转换记录时，则使用1种较慢的机制，其中包括专用硬件（hardware-specific）的数据结构（Data structure）或软件辅助手段。这个数据结构称为分页表，页表中的数据就叫做页表项（page table entry，缩写为PTE）。物理页号结合页偏移量便提供出了完全的物理地址。
目的：利用外存来逻辑地扩充内存。
铁定不会同时履行的程序段同享1个内存区域。不履行的先放在磁盘上。
对用户要求太高，需要用户指定哪些可以相互覆盖，不人性化。
也叫滚入滚出，roll-in, roll-out
需要动态重定位机构支持，即再度滚回来时不1定还是之前的内存地址。
交换技术对用户透明，good！
以两个技术为基础——局部性原理、虚拟页式存储管理。
时间（循环/子程序/栈）&空间（顺序履行/数组遍历/相邻寄存）
逻辑地址空间很大，实际主存有限。需要时调入主存便可。
缺页中断
页面置换算法
1. 先进先出FIFO；
2. 最近最久未使用LRU；
3. 最优算法OPT：foresee，impossible。
地址空间大于主存物理空间
进程保护：每一个进程都有自己的虚拟地址空间，即便gg了也不会相互影响
虚拟内存可以隔离进程的地址空间，那末如果不同进程的虚拟地址映照到同1物理地址，就能够实现内存同享，这就是同享虚拟内存！既可以节省物理内存，又可以实现进程间通讯。
PCI总线：Peripheral Component Interconnect总线，外围装备互连总线。将CPU和存储器连接到快速装备和扩大总线上。
所以说PCI不是总线，是“外围装备互连”。“PCI总线”才是总线。
控制器
很多IO装备都有自己的控制器。
CPU操纵控制器，使装备完成I/O传输。
CPU不停扫描装备控制器中的寄存器的状态，明显耽误了CPU干正事儿。
CPU上有中断要求线。
装备接收CPU指令开始传数据，缓冲寄存器满了就开始产生中断，CPU不能不来处理中断，亲身转移这些数据。每一个字在存储器与I/O控制器之间的传输都必须经过CPU,这就致使了中断驱动方式依然会消耗较多的CPU时间。
中断屏蔽 中断向量表 中断优先级
中断用于处理异步事件和系统调用（用圈套方式进入内核的管态）。
用于大容量传输装备。
CPU通知数据传输的起始结束位置和大小，DMA将数据从装备传到内存（需要占用内存总线，暂时制止CPU访存），弄完了就给CPU发出中断，告知它完事儿了。
中断 vs DMA
中断的话，数据缓冲寄存器满1次就得中断CPU1次，CPU得亲身转移这批数据；DMA则是将所有数据传输终了后，才中断CPU，减少了CPU的终端次数，而且数据传输不经过CPU。完全解放了CPU。
通道是1个独立与CPU的专门负责IO的PU。有自己的通道指令。
I/O通道方式是DMA方式的发展，它可以进1步减少CPU的干预，即把对1个数据块的读写为单位的干预，减少为对1组数据块的读写及有关的控制和管理为单位的干预。
I/O通道 vs 1般处理机
通道指令的类型单1，没有自己的内存，通道所履行的通道程序是放在主机的内存中的，也就是说通道与CPU同享内存。I/O通道 vs DMA
DMA方式需要CPU来控制传输的数据块大小、传输的内存位置，而通道方式中这些信息是由通道控制的。另外，每一个DMA控制器对应1台装备与内存传递数据，而1个通道可以控制多台装备与内存的数据交换。
字节多路通道：低速装备（eg：打印机），1次1字节。
数据选择通道：高速装备（eg：磁盘/磁带），以块为单位传送。但是1次只能对1台装备进行IO操作。
数组多路通道：高速，分时操作不同的装备。
相同点： 都是介于高速装备和低速装备之间。
寄存的是低速装备上的某些数据的复制的数据，也就是高速缓存上有的低速装备上面必定有。这些数据常常要访问，所以在高速缓存上是为了加快访问速度。
1般在内存区域，用来存储数据。用于装备之间或装备与程序之间，弥补CPU和IO装备速度的不匹配。解决基本数据单元大小（即数据粒度）不匹配的问题。提高CPU和I/O装备之间的并行性。
虽然也能够在硬件上采取硬件缓冲器实现，但是太贵了。
同享打印机是使用SPOOLing技术的1个实例，用于多用户系统和局域网络中。
当用户进程要求打印输出时，SPOOLing系统同意为它打印输出，但其实不真正立即把打印机分配给该用户进程，而只为它做两件事：
1. 由输出进程在输出井中为之申请1个空闲磁盘块区，并将要打印的数据送入其中。
2. 输出进程再为用户进程申请1张空白的用户要求打印表，并将用户的打印要求填入其中，再将该表挂到要求打印队列上。
SPOOLing系统的主要特点有：提高了I/O的速度；将独占装备改造为同享装备；实现了虚拟装备功能。
文件：具有符号名的相干数据的集合。
无结构文件：1系列的字符串组成，流式文件。
有结构文件：相干记录的集合。比如表格等。
文件转储：全量转储、增量转储。
目录：文件系统层次结构的非终结结点。
文件：终结结点。
文件系统：负责存取和管理外存上文件信息的功能模块。
进程 = PCB + 程序段 + 数据段
文件 = FCB + 文件体
文件名、用户名、物理地址、格式、编码、属性、密码等。
文件系统3大职能：
1. 建立文件；
2. 加工文件；
3. 输出加工后的文件。
调度
先来先服务FCFS：
最短寻道时间优先shortest seed time first, SSTF：（贪心算法），不能保证平均最短，但是明显好过 FCFS。可能使1些进程饥饿。
SCAN算法：不但斟酌最短寻道，还要斟酌必须与当前磁头移动方向相同。磁头类似电梯来来回回，又称为“电梯调度算法”。
循环扫描CSCAN，circular scan：磁头单向移动，到达最外道时再从最里道开始扫描。
1般选择SSTF，磁盘负荷重的系统选择SCAN/CSCAN，避免死等。
便宜冗余磁盘阵列RAID，redundant arrays of inexpensive disks
存储程序式计算机，冯 诺依曼计算机：运算器、控制器（自动化操作）、存储器（存储程序和数据）、IO部件。
操作系统(Operating System, OS)是指控制和管理全部计算机系统的硬件和软件资源，并公道地组织调度计算机的工作和资源的分配，以提供给用户和其他软件方便的接口和环境的程序集合。
操作系统是计算机系统中最基本的系统软件。
操作系统的特性：
并发：
同享：并发与同享相互依存。
不肯定：OS需要随时处理系统中的不肯定事件。
虚拟：内存、CPU、外设等都采取了虚拟技术，逻辑上扩充了数量。
为了解决人机矛盾及CPU和I/O装备之间速度不匹配的矛盾，出现了批处理系统。它按发展历程又分为单道批处理系统、多道批处理系统（多道程序设计技术出现以后）。
时间片
操作系统和利用程序之间的接口。
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