学习内容：《计算机科学概论》第10、11章
第十章操作系统与第十一章文件系统和目录同属于计算机的操作系统层，因此本周自学内容主要与操作系统以及文件、存储设备有关。探讨操作系统管理计算机资源的方法。
第十章知识点：
计算机的操作系统把硬件和软件紧密地结合在一起，它是其他软件依附的基础，并且允许我们编写机器进行交互的程序。
一.操作系统的角色：
1.应用软件：帮助我们解决现实世界问题的程序。
2.系统软件：管理计算机系统并与硬件进行交互的程序。
3.计算机操作系统：系统软件的核心，管理计算机资源（如内存和输入/输出设备）并为系统交互提供界面的系统软件。允许一个应用程序与其他系统资源进行交互。
操作系统负责管理硬件资源，它允许应用软件直接地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。
4.一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。计算机硬件是靠电线连接的，初始时载入永久性存储器( ROM)中存储的一小组系统指令。这些指令将从二级存储器(通常是硬盘)中载人大部分系统软件。最终将载入操作系统软件的所有关键元素，执行启动程序，提供用户界面，系统就准备就绪了。这个过程叫作引导计算机。
计算机可以具备两个或者更多个操作系统，用户在计算机开机时可以选择使用哪个操作系统。这种配置称为双引导或多引导系统。不过，任何时候都只有个操作系统在控制计算机。
5.多道程序设计：同时在主存中驻留多个程序，由它们竞争CPU的技术。
6.内存管理：了解主存中载有多少个程序以及它们的位置的动作。
7.进程：程序执行过程中的动态表示法。
8.进程管理：了解活动进程的信息的动作。
9.CPU调度：确定主存中的哪个进程可以访问CPU以便执行的动作。
操作系统自身也是必须执行的程序，所以在内存中也要和其他系统软件及应用程序一起管理和维护OS进程。执行OS的CPU就是执行其他程序的CPU,因此也要把OS进程排入竞争CPU的队列中。
10.程序和系统指令集合在一起称为作业。
为了有效的执行程序，操作员会把来自多个用户的作业组织成分批。一个分批包含一组需要相同或相似资源的作业。
11.分时：多个交互用户同时共享CPU时间的系统。
12.虚拟机：分时系统创建的每个用户都有专有机器的假象。
13.主机：一个大型的多用户计算机，通常与早期的分时系统相关。
14.哑终端：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。
15.实时系统：应用程序的特性决定了响应时间至关重要的系统。
16.响应时间：收到信号和生成响应之间的延迟时间。
二.内存管理：
1.多道程序设计环境要在主存中同时驻留多个程序(和它们的数据)。因此，系统必须采用技术来执行以下任务：
- 跟踪一个程序驻留在内存中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。
2.逻辑地址：(有时又叫做虚拟地址或相对地址)对一个存储值得引用，是相对于引用它的程序的。
3.物理地址：主存储设备中的真实地址。
4.地址联编：逻辑地址和物理地址之间的映射。
5.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。
在这种内存管理机制中，逻辑地址只是一个相对于程序起始位置的整数值。也就是说，创建逻辑地址就像将程序载人地址是0的主存中一样。因此，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。
6.分区内存管理：
一旦允许多个程序在内存中，操作系统的工作就是确保一个程序不会访问另一个程序的内存空间。
- 固定分区法：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：根据容纳程序的需要对内存分区的内存管理方法。
- 无论是固定分区还是动态分区，任何时候内存都是被划分为一组分区，有些是空的，有些分配给了程序。
- 基址寄存器：存放当前分区的起始地址的寄存器。
- 界限寄存器：存放当前分区的长度的寄存器。
7.分区选择法：
- 最先分配：把第一个足够容纳程序的分区分配给它。
- 最佳分配：把最小的能够容纳程序的分区分配给它。
- 最差分配：把最大的能够容纳程序的分区分配给它。
在固定分区法中，最差匹配没有意义，因为它将浪费较大的分区。最先匹配和最佳匹配适用于固定分区。但在动态分区中，最差匹配常常是最有用的，因为它留下了最大可能的空白分区，可以容纳之后的其他程序。
当程序终止时，分区表将被更新，以反映这个分区现在是空白的，新程序可以使用它了。在动态分区中，连续的空白分区将被合并成一个大的空白分区。
分区内存管理同时把几个程序载人内存，从而可以有效地利用主存。但要记住，一个分区必须要能够容纳整个程序。虽然固定分区比动态分区容易管理，但却限制了进来的程序的机会。系统本身可能有足够的空间容纳这些程序。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。这个过程叫作压缩。
8.页式内存管理：
需要跟踪分配的内存，需要解析地址。
- 页式内存管理法：把进程划分为大小固定的页，载入内存时存储在帧中的内存管理方法。
- 帧：大小固定的一部分主存，用于存放进程页。
- 页：大小固定的一部分进程，存储在内存帧中。
- 页映射表：操作系统用于记录页和帧之间的关系的表。
- 页式内存管理系统中的逻辑地址与分区系统中的一样，都是从一个相对于程序起始点的整数值开始。但这个地址被转换成两个值——页编号和偏移量。用页面大小除逻辑地址得到的商是页编号，余数是偏移量。因此，如果页面大小是1024,那么逻辑地址2566对应的就是进程的第2页的第518个字节。逻辑地址通常被表示为<页编号，偏移量>，如<2,518>。
要生成物理地址首先要查看PMT，找到页所在的帧的编号，然后用帧的编号乘以帧大小，加上偏移量即可。
- 请求分页：页式内存管理法的扩展，只有当页面被引用(请求)时才会被载入内存。
- 页面交换：把一个页面从二级存储设备载入内存，通常会使另一个页面从内存中删除。
- 虚拟内存：由于整个程序不必同时处于内存而造成的程序大小没有限制的假象。
- 系统颠簸：连续的页面交换造成的低效处理。
三.进程管理：
1.进程状态：在操作系统的管理下，进程历经的概念性阶段。
- 创建阶段，将创建一个新进程。
- 准备就绪状态，进程没有任何执行障碍。只是等待使用CPU的机会。
- 运行状态下的进程是当前CPU执行的进程。它的指令将按照读取-执行周期被处理。
- 等待状态下的进程是当前在等待资源(除了CPU以外的资源)的进程。
- 终止状态下的进程已经完成了它的执行，不再是活动的进程。操作系统不再需要维护有关这个进程的信息。
- 注意：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。
2.进程控制块：操作系统管理进程信息使用的数据结构。
3.上下文切换：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。
四.CPU调度：
1.CPU调度：确定把哪个处于准备就绪状态的进程移入运行状态。即CPU调度算法将决定把CPU给予哪个进程，以便它能够运行。
2.非抢先调度：当当前执行的进程自愿放弃了CPU时发生的CPU调度。
3.抢先调度：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。
4.周转周期：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。
5.先到先服务(FCFS)：进度按照它们到达运行状态的顺序转移到CPU。是非抢先的。
6.最短作业优先(SJN)：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。基于未来信息。
7.轮询法：把处理时间平均分配给所有准备就绪的进程。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。
8.时间片：在CPU轮询算法中分配给每个进程的时间量。
第十一章知识点：
一.文件系统：
1.文件：数据的有名集合，用于组织二级存储设备。
2.文件系统：操作系统为它管理的文件提供的逻辑视图。
3.目录：文件的有名分组。
4.文本文件：包含字符的文件。数据字节是ASCII或Unicode字符集中的字符。
5.二进制文件：包含特定格式的数据的文件，要求给位串一个特定的解释。
- 计算机上的所有数据最终都是以二进制数字存储的。
6.文件类型：文件(如Java程序或Microsoft文档)中存放的关于类型的信息。
7.文件扩展名：文件名通常由点号分为两部分，即主文件名和文件扩展名。文件扩展名即文件中说明文件类型的部分。
8.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
- 重定位文件中的当前文件指针
- 把数据附加到文件结尾
- 删减文件(删除它的内容)
- 重命名文件
- 复制文件
9.文件访问：
- 顺序文件访问：以线性方式访问文件中的数据的方法。
- 直接文件访问：通过指定逻辑记录编号直接访问文件中的数据的方法。
文件保护：确保合法的文件访问是操作系统的责任。
二.目录：
1.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。对于任何指定的文件，目录中存放有文件名、文件类型、文件存储在硬盘上的地址以及文件的当前大小。此外，目录还存放文件的保护设置的信息，以及文件是何时创建的，何时被最后修改的。
2.目录树：展示文件系统中的嵌套目录组织的结构。
3.根目录：包含其他所有目录的最高层目录。
4.工作目录：当前活动的子目录。
5.路径：文件或子目录在文件系统中的位置的文本名称。
6.绝对路径：从根目录开始，包括所有后继子目录的路径。
7.相对路径：从当前工作的子目录开始的路径。
三.磁盘调度：
1.磁盘调度：决定先满足哪个磁盘I/O请求的操作。
- 先到先服务磁盘调度法
- 最短寻道时间优先磁盘调度法
- SCAN磁盘调度法
下面用两张脑图进行总结：
