操作系统（11）程序处理

前言

操作系统（OS）是管理计算机硬件与软件资源的计算机程序，它在计算机系统中扮演着至关重要的角色。

一、操作系统的作用

操作系统是直接运行在计算机上的系统软件，具有承上启下的作用。它向下控制硬件，向上支持软件的运行，使计算机系统中的各种软硬件资源得以高效、协调地工作。

二、操作系统的处理方式

批处理方式

特点：成“批”提交，成“批”处理。接收一批作业到外存，组织成作业流；自动控制一批作业的内存装入和运行过程；全部完成后再将结果反馈给用户。
单道批处理方式：操作员集中一批用户提交的作业通过输入设备输入到磁带上，管理程序自动把磁带上的第一个作业装入主存，并把控制权交给作业。该作业执行完成后，把控制权交回管理程序，管理程序再调入磁带上的下一个作业。
多道批处理方式：允许多个程序同时进入一个计算机系统的主存储器并启动进行计算，系统资源利用率高，系统吞吐量大，但成批处理过程中无交互性，用户作业的等待时间长。

分时处理方式

分时处理（time share），又称会话型处理，是在多道程序设计基础上发展起来的一种处理方式，强调交互性。
分时技术将CPU时间划分成时间片，每个时间片轮流执行为用户程序。分时处理的基本特征包括同时性、交互性、独占性和及时性。

实时处理方式

实时处理突出了系统处理的即时性或响应性。
实现方式包括硬式实时系统（对时间严格约束）和软式实时系统（对时间限制稍弱一些）。

三、操作系统程序处理的流程

加载阶段：操作系统从存储设备（如硬盘或固态硬盘）中读取可执行文件到内存中。这个过程包括将程序的代码、数据和其他必要的资源加载到内存中，并为程序分配所需的内存空间，如代码段、数据段、堆和栈等。同时，操作系统会执行可执行文件中的初始化代码，包括全局变量的初始化、静态变量的分配等。
执行阶段：系统会将控制权转移给可执行文件的入口点（通常是main函数），程序开始执行其逻辑。在程序执行期间，操作系统负责管理程序的运行状态，包括处理系统调用、异常、信号等。操作系统也会负责分配和管理系统资源，如CPU时间片、内存等。
终止阶段：当程序执行完成或因为错误而终止时，操作系统会释放程序所占用的资源，并将控制权返回给操作系统。在这个阶段，系统可能会执行一些清理工作，如关闭文件、释放内存等。

四、操作系统中的关键概念和技术

进程管理：操作系统通过进程管理来控制和协调程序的执行。进程是程序的一次执行过程，具有动态性、并发性、独立性、异步性和结构特征等属性。操作系统通过创建、调度、终止进程以及处理进程间的通信和同步等操作来管理进程。
存储管理：操作系统负责内存的分配、保护和扩充等工作。它采用各种存储管理策略（如分页存储管理、分段存储管理等）来高效地利用内存资源，并确保程序的正确执行。
设备管理：操作系统通过设备管理来控制和协调计算机系统中各种外部设备的运行。它包括设备的分配、设备的处理以及设备的缓冲管理等操作。
文件管理：操作系统通过文件管理来组织和存储数据。它提供文件的创建、删除、读写等操作，并支持文件的目录管理和访问控制等功能。