操作系統(tǒng)作用

操作系統(tǒng)是負(fù)責(zé)讓電腦上安裝的各類程序運(yùn)行變得容易：

1.允許同時(shí)運(yùn)行多個(gè)程序，比如可以一邊打開網(wǎng)易云音樂(lè)聽歌，一邊打開Safari瀏覽器瀏覽網(wǎng)頁(yè)

2.允許程序共享內(nèi)存

3.讓程序與設(shè)備交互，比如微信聊天可把鍵盤敲的字顯示在對(duì)話框里面

即確保系統(tǒng)易于使用又正確高效地運(yùn)行。

操作系統(tǒng)虛擬化

注：進(jìn)程就是運(yùn)行中的程序

虛擬化CPU

通過(guò)讓一個(gè)進(jìn)程只運(yùn)行一個(gè)時(shí)間片，然后切換到其他進(jìn)程，可以使操作系統(tǒng)達(dá)到提供多個(gè)虛擬CPU的假象，稱之為時(shí)分共享CPU技術(shù)，允許多個(gè)進(jìn)程并發(fā)運(yùn)行。缺點(diǎn)是性能損失。

上下文切換技術(shù)：操作系統(tǒng)能夠停止運(yùn)行一個(gè)程序，并開始在給定的CPU上運(yùn)行另一個(gè)程序

進(jìn)程的機(jī)器狀態(tài)：內(nèi)存和寄存器

進(jìn)程狀態(tài)：運(yùn)行/就緒/阻塞

上下文切換：用于切換進(jìn)程

創(chuàng)建新進(jìn)程：

1.創(chuàng)建進(jìn)程 fork()系統(tǒng)調(diào)用，從父程序中新建子程序

2.wait()系統(tǒng)調(diào)用，等待子進(jìn)程/父程序完成相應(yīng)的操作

3.exec()系統(tǒng)調(diào)用，可以讓子進(jìn)程執(zhí)行與父程序不同的程序

調(diào)用fork()創(chuàng)建新進(jìn)程，調(diào)用exec()的某個(gè)變體來(lái)執(zhí)行這個(gè)可執(zhí)行程序，調(diào)用wait()等待該命令完成。子進(jìn)程執(zhí)行結(jié)束后，shell從wait()返回并再次輸出一個(gè)提示符，等待用戶輸入下一條命令。

高效/可控地虛擬化CPU：

受限的直接執(zhí)行：直接在CPU上運(yùn)行程序，有兩個(gè)問(wèn)題需要解決：

1.需要訪問(wèn)一些敏感信息時(shí)怎么操作 ?用戶模式/內(nèi)核模式

2.怎么做進(jìn)程切換 ?時(shí)鐘中斷

在特定時(shí)間內(nèi)，操作系統(tǒng)應(yīng)該運(yùn)行哪個(gè)進(jìn)程？?

優(yōu)化周轉(zhuǎn)時(shí)間：先進(jìn)先出 最短任務(wù)優(yōu)先 搶占式最短作業(yè)優(yōu)先

優(yōu)化響應(yīng)時(shí)間：輪轉(zhuǎn)調(diào)度

重疊操作

注：進(jìn)程在向I/O發(fā)起請(qǐng)求的時(shí)候，是不會(huì)使用CPU的

多級(jí)反饋隊(duì)列：操作系統(tǒng)通常不知道工作要運(yùn)行多久，而這又是SJF（或STCF）等算法所必需的。其次，MLFQ希望給交互用戶（如用戶坐在屏幕前，等著進(jìn)程結(jié)束）很好的交互體驗(yàn)，因此需要降低響應(yīng)時(shí)間。

MLFQ中有許多獨(dú)立的隊(duì)列（queue），每個(gè)隊(duì)列有不同的優(yōu)先級(jí)（priority level）。任何時(shí)刻，一個(gè)工作只能存在于一個(gè)隊(duì)列中。MLFQ總是優(yōu)先執(zhí)行較高優(yōu)先級(jí)的工作。

規(guī)則1：如果A的優(yōu)先級(jí) > B的優(yōu)先級(jí)，運(yùn)行A（不運(yùn)行B）。

規(guī)則2：如果A的優(yōu)先級(jí) = B的優(yōu)先級(jí)，輪轉(zhuǎn)運(yùn)行A和B。

饑餓問(wèn)題

比例份額調(diào)度程序

在硬件的一些幫助下，操作系統(tǒng)可將單個(gè)CPU轉(zhuǎn)換成虛擬的無(wú)限數(shù)量的CPU，從而讓許多程序看似同時(shí)運(yùn)行。同時(shí)運(yùn)行多個(gè)程序會(huì)引發(fā)各種新問(wèn)題，如兩個(gè)程序想要在特定時(shí)間運(yùn)行，應(yīng)該運(yùn)行哪個(gè)？

虛擬化內(nèi)存