操作系统：并发、共享与虚拟性 - 多道程序设计详解

《进入状态-操作系统（第二版）》是一本深入探讨操作系统原理和技术的教材，该书详细介绍了操作系统的核心概念和功能。操作系统作为计算机硬件与用户之间的桥梁，其主要职责包括： 1. **改造硬件**：操作系统通过抽象层次，使得硬件设施对用户更加友好，例如提供硬件无关的接口和资源分配。 2. **系统调用**：它提供了一组函数，让用户能够间接地控制硬件，从而扩展了机器的功能，简化了编程。 3. **工作流程组织**：操作系统负责管理和调度任务，创建运行环境，确保多个程序有序、高效地执行。 操作系统的核心功能包括： - **处理机管理**：负责CPU的分配和切换，保证程序并发执行的公平性和效率。 - **存储管理**：管理内存空间，包括内存分配、回收、保护和共享。 - **设备管理**：控制和协调硬件设备的使用，提高设备利用率。 - **文件管理**：提供文件的创建、存储、检索和删除等操作，支持数据持久化。 - **网络与通信管理**：支持网络连接、数据传输和协议转换。 - **用户接口**：设计用户友好的图形界面或命令行交互，方便用户与系统交互。 多道程序设计是操作系统的基础，它允许多个程序同时在内存中运行，实现了并发性。从宏观角度看，这提高了系统资源的使用效率；从微观角度看，通过上下文切换实现程序之间的快速切换。引入多道程序设计的根本目的是提高系统的吞吐量和响应速度。操作系统通过调度算法，如先来先服务、短进程优先等，体现并发性、共享性和虚拟性等特性。 操作系统的主要特征： - **并发性**：多个程序可以同时运行，如多任务操作系统。 - **共享性**：资源如处理器时间、内存可以被多个进程共享。 - **异步性**：进程执行不受其他进程的影响，按各自速度运行。 - **虚拟性**：提供给用户的是一个逻辑上的完整系统，隐藏底层硬件差异。 批处理系统、分时系统和实时系统各有特点： - **批处理**：一次性处理大量任务，对响应时间要求不高。 - **分时**：多用户共享系统资源，每个用户有独立的时间片。 - **实时**：强调及时响应，对任务完成时间有严格限制。 在用户界面中，系统调用如打开文件、读写数据等，是通过操作系统内核的处理过程，比如接收用户请求、验证权限、执行相应的系统功能并返回结果给用户。当CPU接到磁盘I/O中断时，中断处理流程涉及保存当前执行状态、处理中断请求、执行中断服务程序、更新进程状态并恢复执行。 引入进程是因为需要管理复杂的程序执行和资源使用。进程的特征包括动态性、并发性、独立性和异步性。进程控制块（PCB）记录了进程状态，如就绪、运行和等待，以及必要的资源信息。 《进入状态-操作系统（第二版）》涵盖了操作系统的基础理论、设计原则以及实际应用，对于理解现代计算机系统内部运作机制至关重要。