OS笔记

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以上两层次的指令组成了操作系统的内核，并且这部分指令是运行在内核态。

时钟管理

时钟管理的第一功能是计时,操作系统通过时钟管理,向用户提供标准的系统时间;进程切换,分时系统都是基于改功能实现的.
中断机制

引入系统中断是为了提高cpu的利用率,在逐渐发展的过程中形成了多种类型,现在已经形成了多种类型,成为操作系统各项操作的基础.例如,键盘鼠标的信息输入,进程管理和调度,系统功能的调用,设备驱动,文件管理,都依赖于该指令.对于现代的操作系统,都是靠中断来实现功能的.

在中断机制中,只有一小部分是属于内核操作.负责保护和恢复中断现场的信息,转移控制权到相关的处理程序.这样可以减少中断的处理时间.
原语

操作系统的原子操作的指令或者程序定义为原语.其中,设备驱动/cpu切换/进程通信等功能中的部分操作都可以定义为操作原语,是内核中的一部分.
系统控制的数据结构以及处理

系统控制的数据结构有很多,比如PCB,消息队列,缓冲区,空闲登记表,内存分配表,各类链表,设备控制块等.为了实现有效的管理,常见一下三种基本操作:
- 进程管理
  
  进程状态管理,进程调度和分配,创建和撤销进程控制块
- 内存管理
  
  内存的分派和回收,内存信息保护,代码对换程序等
- 设备管理
  
  缓冲区管理,设备的分配和回收

要实现用户态和内核态之间的相互切换,正常情况下只能通过中断进行.还有一种可能是在程序异常的时候,会直接进入内核态.而且这些切换是物理硬件实现的.

可以使用一个特殊的寄存器的一位来表示CPU所处的工作状态,0表示内核态,1表示用户态.

在程序不使用该资源的时候,能够及时的释放该资源,供其他程序使用.这个释放的动作实际上就是中断来实现的.

中断也成为是外中断,实际上是指来自CPU指令意外的事件的发生,如设备发生IO结束的中断信号.时钟中断,表示一个固定的时间到了.

异常也称为内中断/例外/陷入,指CPU执行执行指令的内部的事件.例如,程序的非法操作码,地址越界,算术溢出,内存系统的缺页以及专门的陷入指令等引起的事件.

cpu利用率

处理机的利用率

系统吞吐量

单位时间内完成的作业数量

周转时间

从作业提交到作业完成所经历的时间，其中包含作业等待、在就绪列表中排队、在cpu上运行、进行输入输出操作等所花费时间的总和。

周转时间= 作业完成时间-作业提交时间

平均周转时间是多个作业周转时间的平均值：

N个作业时间和/N

等待时间

进程处于等待时间的和，等待时间越长，用户满意度越低。调度算法实际上不影响作业执行或者输入输出的操作时间，值影响作业在就绪队列中所等待的时间。因此，衡量一个调度算法的好坏，只需要考虑等待时间即可。

响应时间

用户从提交任务请求到系统首次产生响应所用的时间。既然是首次产生相应时间，所以在交互式系统中不能说明调度算法的好坏。在日常工作中，一般使用相应时间作为评判标准。

算法	使用场景	理论	优点	缺点
先来先服务	任务/进程	从后备作业队列中选择一个最早进来的，将他们调入内存中，分派必要的资源，创建进程并放入就绪队列中。在进程调度中，每次中就绪队列中选中一个最先进入该队列的进程，将处理机分配他们	1.算法简单 2.对长作业有利 3.有利于cpu繁忙型作业	1.效率低 2.对短作业不利 3.对I/O方繁忙型作业不利
短作业优先	进程	在后备队列中的每一个进程都有一个预估运行时间，该调度算就是从队列中选着一个或多个时间最短的，将处理及发分配它，直到完成或者发生某事件而阻塞时，才释放cpu		1.对长作业不利，可能发生饥饿显现 2.不能保证紧迫性任务会被及时处理 3.依赖预估时间，预估时间不一定准。
优先级调度算法	进程/任务	每个作业或任务都有一个优先级，按照优先级来选着	1.能够解决及时处理紧急任务
高响应比	作业	响应比=（等待时间+要求服务时间）/要求服务时间	1.预警执行时间越短，响应比就越大，越早就执行 2.克服了饥饿现象
时间轮片			执行时间长的任务将会被切换好多次
多级反馈队列		优先级高的，时间片少；进程从高优先级的队列中再次被切换的时候的，将移到次优先级队列的尾部；如果队列中正在执行的进程被插入了一个比自己优先级大的，将移动到队首。