▶1.进程管理

简单地说，进程是程序的执行过程。程序是静态的，它仅仅包含描述算法的代码；进程是动态的，它包含了程序代码、数据和程序运行的状态等信息。进程管理的主要任务是对CPU资源进行分配，并对程序运行进行有效的控制和管理。

1)进程的状态及其变化

进程执行过程为“就绪→运行→等待”三个循环进行的状态。操作系统有多个进程请求执行时(如打开多个网页),每个进程进入“就绪”队列，操作系统按进程调度算法(如先来先服务FIFO、时间片轮转、优先级调度等)选择下一个马上要执行的就绪进程，并分配就绪进程一个几十毫秒(与操作系统有关)的时间片，并为它分配内存空间等资源。上一个运行进程退出后，就绪进程进入“运行”状态。目前CPU工作频率为GHz级，1ns最少可执行1～4条指令(与CPU频率、内核数量等有关),在10多个毫秒的时间片里，CPU可以执行数万条机器指令。CPU通过内部硬件中断信号来指示时间片的结束，时间片到点后，进程将控制权交还操作系统，进程必须暂时退出“运行”状态，进入“就绪”队列或“等待”或“完成”状态。这时操作系统分配下一个就绪进程进入运行状态。以上过程称为进程切换。进程结束时(如关闭某个程序),操作系统会立即撤销该进程，并及时回收该进程占用的软件资源(如程序控制块、动态链接库)和硬件资源(如CPU、内存等)。

2)进程同步

进程对共享资源(如CPU)不允许同时访问，这称为进程互斥，以互斥关系使用的共享资源称为临界资源。为了保证进程能够有序执行，就必须进行进程同步。进程同步有两种方式：一是进程互斥方式，即进程对临界资源进行访问时，互斥机制为临界资源设置一把锁；锁打开时，进程可以对临界资源进行访问，锁关闭时禁止进程访问该临界资源。二是空闲让进，忙则等待，即临界资源没有进程使用时，可让进程申请进入临界区；如果已有进程进入临界区，其他试图进入临界区的进程都必须等待。

3)Windows进程管理

为了跟踪所有进程，Windows在内存中建立了一个进程表。每当有程序请求执行时，操作系统就在进程表中添加一个新的表项，这个表项称为PCB(程序控制块)。PCB中包含了进程的描述信息和控制信息。进程结束后，系统收回PCB,该进程便消亡。在Windows系统中，每个进程都由程序段、数据段、PCB三部分组成。

▶2.存储管理

1)存储空间的组织

操作系统中，每个任务都有独立的内存空间，从而避免任务之间产生不必要的干扰。将物理内存划分成独立的内存空间，典型的做法是采用段式内存寻址和页式虚拟内存管理。页式存储解决了存储空间的碎片问题，但是也造成了程序分散存储在不连续的空间。x86体系结构支持段式寻址和虚拟内存映射，x86机器上运行的操作系统采用了虚拟内存映射为基础的页式存储方式，Windows和Linux就是典型的例子。

2)存储管理的主要工作

存储管理的主要工作为：一是为每个应用程序分配内存和回收内存空间；二是地址映射，就是将程序使用的逻辑地址映射成内存空间的物理地址；三是内存保护，当内存中有多个进程运行时，保证进程之间不会相互干扰，影响系统的稳定性；四是当某个程序的运行导致系统内存不足时，如何给用户提供虚拟内存(硬盘空间),使程序顺利执行，或者采用内存“覆盖”技术、内存“交换”技术运行程序。

3)虚拟内存技术

虚拟内存就是将硬盘空间拿来当内存使用，硬盘空间比内存大许多，有足够的空间用于虚拟内存；但是硬盘的运行速度(毫秒级)大大低于内存(纳秒级),所以虚拟内存的运行效率很低。这也反映了计算思维的一个基本原则，以时间换空间。
虚拟存储的理论依据是程序局部性原理：程序在运行过程中，在时间上，经常运行相同的指令和数据(如循环指令);在存储空间上，经常运行某一局部空间的指令和数据(如窗口显示)。虚拟存储技术是将程序所需的存储空间分成若干页，然后将常用页放在内存中，暂时不用的程序和数据放在外存中。当需要用到外存中的页时，再把它们调入到内存。

4)Windows虚拟地址空间

32位Windows系统的虚拟地址空间为4GB,这是一个线性地址的虚拟内存空间(即大于实际物理内存的空间),用户看到和接触到的都是该虚拟内存空间。利用虚拟地址不但能起到保护操作系统的效果(用户不能直接访问物理内存),更重要的是用户程序可以使用比实际物理内存更大的内存空间。用户在Windows中双击一个应用程序的图标后，Windows系统就为该应用程序创建一个进程，并且分配每个进程2GB(内存范围：0～2GB)的虚拟地址空间，这个2GB的地址空间用于存放程序代码、数据、堆栈、自由存储区；另外2GB的(内存范围：3～4GB)虚拟地址空间由操作系统控制使用。由于虚拟内存大于物理内存，因此它们之间需要进行内存页面映射和地址空间转换。

▶3,文件管理

文件是一组相关信息的集合。在计算机系统中，所有程序和数据都以文件的形式存放在计算机外部存储器(如硬盘、U盘等)上。例如，一个C源程序、一个Word文档、一张图片、一段视频、各种程序等都是文件。

1)Windows文件系统

操作系统中负责管理和存取文件的程序称为文件系统。Windows的文件系统有NTFS、FAT32等。在文件系统管理下，用户可以按照文件名查找文件和访问文件(打开、执行、删除等),而不必考虑文件如何存储、存储空间如何分配、文件目录如何建立、文件如何调入内存等问题。文件系统为用户提供了一个简单统一的文件管理方法。
文件名是文件管理的依据，文件名分为文件主名和扩展名两部分。文件主名由程序员或用户命名。文件主名一般用有意义的英文或中文词汇命名，以便识别。不同操作系统对文件命名的规则有所不同。例如Windows操作系统不区分文件名的大小写，所有文件名的在操作系统执行时，都会转换为大写字符。而有些操作系统区分文件名的大小写，如Linux操作系统中，test.txt、Test.txt、TEST.TXT被认为是3个不同文件。
文件的扩展名表示文件的类型，不同类型的文件处理方法不同。例如，在Windows系统中，扩展名.exe表示执行文件。用户不能随意更改文件扩展名，否则将导致文件不能执行或打开。在不同操作系统中，表示文件类型的扩展名并不相同。
文件内部属性的操作(如文件建立、内容修改等)需要专门的软件，如建立电子表格文档需要Excel软件，打开图片文件需要ACDSee等软件，编辑网页文件需要Dreamweaver等软件。文件外部属性的操作(如执行、复制、改名、删除等)可在操作系统下实现。
目录(文件夹)由文件和子目录组成，目录也是一种文件。Windows操作系统将目录按树状结构管理，用户可以将文件分门别类地存放在不同目录中。这种目录结构像一棵倒置的树，树根为根目录，树中每一个分枝为子目录，树叶为文件。Windows系统中，每个硬盘分区(如C、D、E盘等)都建立一个独立的目录树，有几个分区就有几个目录树(与Linux不同)。

2)Linux文件系统

Linux文件系统是一个层次化的树形结构。Linux系统只有一个根目录(与Windows不同),Linux可以将另一个文件系统或硬件设备通过“挂载”操作，将其挂装到某个目录上，从而让不同的文件系统结合成为一个整体。
Linux系统的文件类型有文本文件(有不同编码，如UTF-8)、二进制文件(Linux下的可执行文件)、数据格式文件、目录文件、连接文件(类似Windows的快捷方式)、设备文件(分为块设备文件和字符设备文件)、套接字文件(Sockets,用于网络连接)、管道文件(用于解决多个程序同时存取一个文件造成的错误)等。

大部分Linux使用Ext2文件系统，但也支持FAT、VFAT、FAT32等文件系统。Linux将不同类型的文件系统组织成统一的虚拟文件系统(VFS)。Linux通过VFS可以方便地与其他文件系统交换数据，虚拟文件系统隐藏了不同文件系统的具体细节，为所有文件提供了统一的接口。用户和进程不需要知道文件所属的文件系统类型，只需要像使用Ext2文件系统中的文件一样使用它们。

▶4.中断处理

中断是CPU暂停当前执行的任务，转而去执行另一段子程序。中断可以由程序控制或者由硬件电路自动控制完成程序的跳转。外部设备通过信号线向CPU提出中断请求信号，CPU响应中断后，暂停当前程序的执行，转而执行中断处理程序，中断处理程序执行完成后，返回到原来主程序的中断处，继续按原顺序执行。
例：计算机打印输出时，CPU传送数据的速度很高，而打印机打印的速度很低，如果不采用中断技术，CPU将经常处于等待状态，效率极低。而采用中断方式后，CPU可以处理其他工作，只有打印机缓冲区中的数据打印完毕发出中断请求之后，CPU才予以响应，暂时中断当前工作转去执行向缓冲区传送数据，传送完成后又返回执行原来的程序。这样就大大地提高了计算机系统的效率。