操作系统

计算机由硬件系统和软件系统两个部分组成，它们构成了一个完整的计算机系统。计算机软件是指程序、数据和文档的集合，是计算机系统的重要组成部分。按功能划分，软件可分为系统软件，开发系统（编程语言）和应用软件三种。操作系统是系统资源的管理者。资源包括硬件资源和软件资源，归纳起来可分为4类：处理器、存储器、I/O设备以及信息（数据和程序）。
操作系统定义：操作系统是控制和管理计算机硬件和软件资源、合理地组织计算机工作流程以及方便用户有效地使用计算机的程序集合。
操作系统特点：1.硬件相关、应用无关2.核心常驻内存3.中断驱动4.权威性5.庞大、复杂6.重要性（无处不在、无时不有）7.并发、共享、虚拟、异步（这是操作系统的四个基本特征）。
操作系统结构：操作系统的核心——进程——一个具有一定独立功能的程序在一个数据集合上的一次动态执行过程。它对应虚拟处理机、虚拟存储器和虚拟外设等资源的分配和回收；引入多进程，提高了对硬件资源的利用率，但又带来额外的空间和时间开销，增加了OS 的复杂性。
进程特征：1.动态性：进程具有动态的地址空间（数量和内容），地址空间上包括：代码（指令执行和CPU状态的改变）数据（变量的生成和赋值）系统控制信息（进程控制块的生成和删除）；2.独立性：各进程的地址空间相互独立，除非采用进程间通信手段；3.并发性、异步性："虚拟"；4.结构化：代码段、数据段和核心段（在地址空间中）；程序文件中通常也划分了代码段和数据段，而核心段通常就是OS核心（由各个进程共享，包括各进程的PCB）。
现程定义：线程——程序中一个单一的顺序控制流程。在单个程序中同时运行多个线程完成不同的工作，称为多线程。只拥有必不可少的资源，如：线程状态、寄存器上下文和栈。同样具有就绪、阻塞和执行三种基本状态。
进程与程序的区别：1.进程是动态的，程序是静态的：程序是有序代码的集合；进程是程序的执行。通常进程不可在计算机之间迁移；而程序通常对应着文件、静态和可以复制。2.进程是暂时的，程序是永久的：进程是一个状态变化的过程，程序可长久保存。3.进程与程序的组成不同：进程的组成包括程序、数据和进程控制块（即进程状态信息）。4.进程与程序的对应关系：通过多次执行，一个程序可对应多个进程；通过调用关系，一个进程可包括多个程序。
现程的优点：减小并发执行的时间和空间开销（线程的创建、退出和调度），因此容许在系统中建立更多的线程来提高并发程度。1.线程的创建时间比进程短；2.线程的终止时间比进程短；3.同进程内的线程切换时间比进程短；4.由于同进程内线程间共享内存和文件资源，可直接进行不通过内核的通信。
进程与线程的比较：地址空间和其他资源（如打开文件）：进程间相互独立，同一进程的各线程间共享————某进程内的线程在其他进程不可见；通信：进程间通信IPC，线程间可以直接读写进程数据段（如全局变量）来进行通信————需要进程同步和互斥手段的辅助，以保证数据的一致性；调度：线程上下文切换比进程上下文切换要快得多。
程序的执行有两种方式：顺序执行和并发执行。顺序执行：顺序性，封闭性，可再现性。并发执行：间断性，失去封闭性，失去可再现性。
操作系统功能：引入操作系统的主要目的是最大限度地发挥计算机系统资源的使用效率和方便用户使用。资源管理工作：1.处理机管理——进程管理——充分利用；2.存储管理——方便多进程共享；3.设备管理——与处理机并行；4.文件管理——组织、存储、保护。
操作系统工作：1.启动和结束程序；2.用户程序对OS的调用；3.为常用操作提供程序；4.解决效率和安全问题。
OS的三类模型：进程模型：进程既是资源分配单位（存储器、文件），也是CPU调度（分派）单位。进/线程模型：线程是CPU调度单位，而进程只作为其他资源分配单位。协程，又称微线程，纤程，协程是一种用户态的轻量级线程。