一、进程

1. 进程概念

• 一个正在执行的程序

• 计算机中正在运行的程序的一个实例

• 可分配给处理器并由处理器执行的一个实体

• 由下述表征的活动单元

  • 一个顺序执行的线程
  • 一个当前状态
  • 一组相关系统资源

设计协调不同活动的系统软件非常困难

• 不正确的同步

• 失败的互斥

• 不确定的程序操作

• 死锁

• ……

为了解决上述问题，需要一种系统级的方法来监控和控制处理器上各种程序的执行。

2. 进程的组成

• 一段可执行的程序

• 程序所需要的相关数据（变量、工作空间、缓冲区等）

• 程序的执行上下文（execution context）

  • 也称进程状态（process state）
  • 操作系统用来管理和控制进程所需的所有数据

二、内存管理

1. 存储管理的任务

• 进程隔离：每个进程拥有独立的地址空间，互不干扰

• 自动分配和管理：动态分配，对程序员透明

• 支持模块化程序设计：能够动态加载、销毁程序员定义的模块

• 保护和访问控制：一个应用程序不能任意访问其他程序的存储空间

• 永久存储：关机后仍能长时间存储信息

2. 存储管理的实现方式

文件系统 + 虚拟内存（Virtual Memory）

文件系统

• 实现了长期存储

• 文件

  • 一个有名称的对象
  • 访问控制和保护的基本单元

虚拟内存

• 程序以逻辑方式访问存储器

• 多作业同时驻留内存

• 每个作业部分驻留

• 换入、换出机制

3. 分页机制

• 进程由若干个固定大小的块组成——页

• 虚地址（virtual address）由页号和页内偏移量组成

• 进程中的每一页均可置于内存中的任何位置

• 提供了虚地址和实地址（real address）之间的动态映射机制

三、信息保护和安全

操作系统的4类典型安全问题

• 可用性：保护系统不被中断运行

• 保密性：保证用户不能读取未授权访问的数据

• 数据完整性：保护数据不被未授权修改

• 可靠性：涉及用户身份的正确认证和消息或数据的合法性

四、调度和资源管理

操作系统的一个关键任务是管理各种可用资源（如内存空间、I/O设备和处理器等），并调度各种活动进程使用这些资源

考虑因素：

• 公平性：所有参与竞争某一特定资源等进程都能几乎相等且公平地访问资源

• 有差别的响应性：区分进程类型且可动态调整

• 有效性：最大化吞吐量和最小化响应时间，需要找到平衡点以折中处理矛盾需求