操作系统最重要的功能是进程或任务的调度和存储管理！
操作系统最重要的功能是进程或任务的调度和存储管理！
操作系统最重要的功能是进程或任务的调度和存储管理！

---

本节要点：

• 任务调度
• 进程
• 虚拟存储器

---

1 操作系统的类型

最早的计算机出现在20世纪40年代末到50年代中期，那时没有操作系统，程序员直接与计算机硬件交互:)

• 交互式
• 批处理

需要系统操作员统一执行程序，程序执行完毕后将结果反馈给用户。
另一种分类方法是看系统是否采用了多道程序设计。多道程序设计系统通过让处理器一次处理多个程序，使处理器尽可能地忙碌。将多个程序同时装入主存，处理器迅速在它们中间进行切换。另一种是单道程序设计，处理器一次只运行一个程序。

• 多道程序设计
• 单道程序设计

2 调度

多道程序的关键是调度，事实上，调度有4种经典的类型。首先介绍一个概念：进程。这个术语在1960s提出，在某种程度上讲，它是比“作业”更通用的术语。它指一个运行的程序、程序的“活灵魂”、处理器分配的实体。

调度类型	作用
长期调度	决定添加到待执行进程池中的进程数
中期调度	决定添加到主存的进程数
短期调度	决定处理器将执行哪个进程
I/O调度	决定哪个进程未决的I/O请求将被I/O设备处理

2.1 进程状态

如下图，进程分类5个状态。

• 新建：由操作系统为此程序创建一个进程，并将它移入就绪状态。
• 就绪：等待处理器执行。
• 运行：进程正被处理器执行。
• 等待：进程为等待一些系统资源（如I/O），由运行状态挂起。
• 终止：进程结束，将由操作系统撤销。

5状态进程模型.png

2.2 进程控制块（PCB）

对于系统中的每个进程，操作系统必须保存进程状态信息和进程执行所需的其他信息。为此，每个进程在操作系统中用一个进程控制块来表示。

• 状态：进程的当前状态（新建、就绪等）。
• 程序计数器：要执行的程序的下一条指令的地址。
• 存储器指针：进程在存储器中的起始位置和结束位置。

进程控制块.png

2.3 调度技术

当出现一个中断时，操作系统接收处理器的控制权，执行中断处理程序；当出现一个服务调用时，执行服务调用处理程序。一旦中断或服务调用处理完毕，短期调度立即调度某个进程进入运行状态。

3 存储器管理

细分存储器的任务由操作系统动态地执行，并称为存储器管理。
Q：存储器为什么需要管理呢？
A：是为了更好地利用处理器的速度。通过管理存储器，减少I/O等待时处理器的空闲。因此，存储器需要合理地分配，尽可能让更多的进程进入存储器。

3.1 分区

• 等长分区
• 不等长分区
• 动态分区

动态分区在后期会有碎片问题，导致存储器的利用率下降。

3.2 分页

不等的固定长度分区和可变长度分区，其存储的使用效率很低。假设把存储器分成相当小的、相等的固定长度的存储块，将每个进程也划分成固定长的程序块，那么程序的每个程序块（称为页）能分配到存储器中的可用的每个存储块（称为帧或页帧）中，于是存储器分配进程后浪费的空间最多只是最后一页的一小部分。
Q：没有连续的空闲帧存储这个进程，这回妨碍操作系统装入进程A吗？
A：不会妨碍。操作系统为每个进程保存一个页表，页表记录了进程每页的帧地址。

逻辑地址与物理地址.png

从图中可以看出，由逻辑地址和帧号，可以计算得到进程该页所在的物理地址。