计算机操作系统学习笔记（1）

操作系统内核特征

• 并发：
  并发与并行区别
  并发：在一段时间内，有多个程序可以运行
  并行：在一个时间点上，有多个程序可以同时执行

• 共享：分时访问，一个时间点某一个内存单元只有一个访问，互斥共享，操作系统带来共享特征

1. 同时访问
2. 互斥共享

• 虚拟：运用多道程序设计技术，让每个用户都觉得有一个计算机专门为他法务。虚拟化硬件，比如，cpu虚拟化为进程，磁盘虚拟化为文件，内存虚拟化为地址空间
• 异步：
  程序不是一直执行到底，而是走走停停，向前速度不可预知的异步的执行过程
  只要程序运行环境相同，程序最终运行结果也是相同的
  即使异步也要保证结果是正确的

操作系统启动

BIOS上电自检->bootloader->OS

产生源头

• 系统调用：应用程序主动向操作系统发出服务请求
• 异常：是应用程序意想不到的行为，非法指令或者其他坏的处理状态，由操作系统完成
• 中断：来源于外设，来自不同的硬件设备的计时器或网络的中断

处理时间

• 中断：异步
• 异常：同步
• 系统调用：异步或同步

响应

• 中断：持续，对用户应用程序是透明的，几乎察觉不到的
• 异常：杀死或或重新执行
• 系统调用：等待或持续

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处理中断：中断编号

硬件处理：

• 设置中断标记，将内、外部时间设置中断标记，中断事件的ID

软件处理：

1. 保存当前处理状态
2. 中断服务程序处理
3. 清除中断标记
4. 恢复之前保存的处理状态

处理异常:异常编号

1. 保存现场
2. 异常处理：
   -- 杀死产生异常的程序
   -- 重新执行异常指令对应用程序透明
3. 恢复现场

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操作系统连续内存的分配

内存碎片问题

• 空闲内存不能被利用
• 外部碎片：在分配单元间的未使用内存
• 内部碎片：在分配单元中的未使用内存

简单的内存管理方法

• 当一个程序准许运行在内存中时，分配一个连续的区间
• 分配一个连续的内存区间给运行的程序以访问数据

分配策略：

首次适配：

当应用程序提出申请，请求n个byte，操作系统从低地址到高地址分配第一个可用的空间块

• 简单实现

• 需求：

1. 按地址排序的空闲块列表
2. 分配需要找到一个合适的分区
3. 重分配需要检查，看自由分区能否合并于相邻的空闲分区

• 优势：

1. 简单
2. 易于产生更大空闲块，向着地址空间的结尾

• 劣势：

1. 容易产生外部碎片
2. 不确定性

最优适配

当应用程序提出申请，请求n个byte，操作系统从低地址到高地址分配最适合的空间块

• 为了避免对大的空闲块拆分
• 最小化外部碎片的尺寸
• 需求：

1. 按尺寸排列空闲块列表
2. 寻找一个最合适的分区
3. 重分配需要考虑相邻的空闲分区

• 优势：

1. 当大部分分配是小尺寸时非常有效
2. 比较简单

• 劣势：

1. 对外部空间拆分的比较细，产生小的难以利用的外部碎片
2. 重分配慢

最差适配

当应用程序提出申请，请求n个byte，操作系统从低地址到高地址分配最大的空间块，避免拆分小块

• 为了避免产生大量微小的碎片
• 需求

1. 按尺寸排序空闲块列表
2. 分配很快，获得最大分区
3. 重分配需要合并相邻的空闲分区，调整空闲块列表

• 优势：

1. 分配中大型请求效果最好

• 劣势：

1. 一开始就分配大块，在以后需要大块时可能分配不到
2. 重分配慢
3. 外部碎片