2021-2022-1学期20212317《网络空间安全专业导论》第五周学习总结

十、十一章：探讨操作系统管理计算机资源的方法

第十章：操作系统

本章重点：内存管理、进程管理、CPU调度

1、 操作系统的角色

应用软件（application software）：帮助我们解决现实世界问题的程序。

系统软件（system software）:管理计算机系统并与硬件进行交互的程序。

操作系统（operating system）:管理计算机资源并为系统交互提供界面的系统软件。

任何时候都只有一个操作系统在控制计算机

1.1内存、进程、与CPU管理

多道程序设计（multiprogramming）:同时在主存中驻留多个程序，由它们竞争CPU的技术。

内存管理（memory mamagement）:了解主存中载有多少个程序以及它们的位置的动作。

进程（process）:程序执行过程中的动态表示法。

进程管理（process management）:了解活动进程的信息的动作。

CPU调度（CPU scheduling）:确定主存中的哪个进程可以访问CPU以便执行的动作。

1.2批处理

1.3分时

分时（timessharing）：多个交互用户同时共享CPU时间的系统。

虚拟机（virtual machine）：分时系统创建的每个用户都有专有机器的假象。

主机（mainframe）:一个大型的多用户计算机，通常与早期的分时系统相关。

哑终端（dumb termianal）: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。

1.4其他OS要素

个人计算机（PC）

实时系统（real-time system）:应用程序的特性决定了响应时间至关重要的系统。

响应时间（response time）:收到信号和生成响应时间的延迟时间

2、内存管理

逻辑地址（logical address）：对一个存储值的引用，是相当于引用它的程序的。

物理地址（physical address）：主存储设备中的真实地址。

地址联编（address binding）：逻辑地址和物理地址间的映射。

三种技术：

单块内存管理

分区内存管理

页式内存管理

2.1、单块内存管理

单块内存管理（single contiguous memory management）：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入地址是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。

2.2、分区内存管理

固定分区法（fixed-partition technique）：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（dynamic-partition technique）：根据容纳程序的需要对内存分区的内存的管理方法。

基址寄存器（base register）：存放当前分区的起始地址的寄存器。

界限寄存器（bounds register）：存放当前分区的长度的寄存器。

三种常用的分区选择法：

最先匹配，即把第一个足够容纳程序的分区分配给它。

最佳匹配，即把最小的能够容纳程序的分区分配给它。

最差匹配，即把最大的能够容纳程序的分区分配给它。

2.3、页式内存管理

页式内存管理法（paged memory technique）：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办法。

帧（frame）：大小固定的一部分主存，用于存放进程页。

页（page）：大小固定的一部分进程，存储在内存帧中。

页映射表（Page Map Table，PMT）：操作系统用于记录页和帧之间的关系的表。

请求分页（demand paging）：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（page swap）：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（virtual memory）：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（thrashing）：频繁的页面交换造成的低效处理。

3、进程管理

3.1、进程状态

进程状态（process state）：在操作系统的管理下，进程历经的概念性阶段。

下面分析在进程的每个状态会发生哪些事情：

在创建阶段，将创建一个新进程。例如，可能是由用户登陆到一个分时系统创建了一个登录过程，也可能是在用户提交程序后创建了一个应用进程，或者是操作系统为了完成某个特定的系统任务而创建了一个系统进程。

在准备就绪状态中，进程没有任何执行障碍。也就是说，准备就绪状态下的进程并不是在等待某个事件的发生，也不是在等待从二级存储设备载入数据，而只是使用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。例如，一个处于等待状态的进程可能在等待从二级存储设备载入一个页面，也可能在等待另一个进程给它发送信号，以便继续执行。

终止状态下的进程已经完成了它的执行，不再是活动进程。此时，操作系统不再需要维护有关这个进程的信息。

3.2、进程控制块

进程控制块（process control block）：操作系统管理进程信息使用的数据结构。

上下文切换（context switch）：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。

4、CPU调度

非抢先调度（nonpreemptive scheduling）：当当前执行的进程自愿放弃了CPU时发生的CPU调度。

抢先调度（preemptive scheduling）：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资源时发生的调度。

周转周期（turnaround time）：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。

4.1、先到先服务

在先到先服务（FCFS）调度方法中，进程按照它们达到运行状态顺序转移到CPU。FCFS调度是非抢先的。一旦进程获得了CPU的访问权，那么除非它强制请求转入等待状态（如请求其他进程正在使用的设备），否则将一直占用CPU。　　

4.2、最短作业优先

最短作业优先（SJN）CPU调度算法将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。

4.3、轮询法

CPU的轮询法将把处理时间平均分配给所有准备就绪的进程。该算法建立单独的时间片（或时间量子），即在每个进程被抢占并返回准备就绪状态之前收到的时间量。被抢占的进程最终会得到其他的CPU时间片。这个过程将持续到进程得到了完成所需的全部时间从而终止了为止。

时间片（time slice）：在CPU轮询算法中分配给每个进程的时间量。