一、進程管理
進程管理包括進程控制，進程調度，進程同步與通信，死鎖控制四個內容。
（一）進程控制
進程是
操作系統中運行的基本單位，包括程序段，數據段和進程控制段。操作系統通過進程控制塊(PCB)管理進程。每一個PCB唯一標示一個進程。它存儲進程的PID,UID，當前狀態等信息，以及進程執行某一時刻的寄存器值，并且指向進程的數據段和程序段。OS把所有PCB鏈接為一個鏈表。
進程在剛剛被創建時出于new狀態。OS負責申請一塊存儲空間作為該進程的PCB，在其中填上進程的信息，標示為ready，鏈接到PCB隊列和就緒隊列中，此時進程進入"就緒"態。進程調度程序在未來某一時刻將其分配給處理機執行，該進程出于"執行"態，OS將根據PCB中的內容初始化處理機的各個寄存器值，之后進入用戶態執行；進程請求I/O或系統調用時將放棄處理機，進入"活動阻塞"態，進程調度程序將當前處理機各寄存器值壓棧（存入PCB中，或存入核心棧），將該進程PCB運行隊列中移入阻塞隊列；當系統調用或I/O完成時被喚醒再次進入活動就緒態，即PCB由阻塞隊列鏈入就緒隊列（操作系統如何實現喚醒進程？？）。如果在系統調用完成之前，進程被換到外存，相應內存空間被釋放，則進程進入"靜止阻塞態"，這里中級調度程序將和磁盤驅動程序一起，把相應內容拷貝到對換空間，同時釋放內存；系統調用完成時若仍在外存中而為未被換入，則出于"靜止就緒"態，之后被換入內存可直接進入執行態，或動態就緒態。進程執行完畢后進入"僵死"態，系統將釋放內存空間，回收所有資源。
UNIX系統中提供的系統調用中，fork產生一個與父進程完全相同的子進程，在子進程的地址空間中運行；spawn則從文件中裝入一個文件作為子進程，在其地址空間運行；exec則從文件中裝一個進程到當前進程地址空間，覆蓋當前進程執行。
?。ǘ┻M程調度
這里說的進程調度主要指低級調度，即由調度程序負責完成的，在內存和處理機之間的調度。在文件和內存之間的調度成為高級調度，又叫作業調度，在內存和對換空間的調度稱為中級調度，又稱對換。低級調度算法主要有：先來先服務FIFO；.短作業優先SJF；.時間片輪轉Round Robin；靜態優先級調度；多級隊列反饋輪轉調度。UNIX系統中采用的動態優先級＋多級隊列反饋輪轉調度。具體內容可參見前面的
文章。
?。ㄈ┻M程通信
進程通信有直接通信和間接通信，直接通信是兩進程直接交換數據或發送信息，間接通信則是把信息發送到一個中間實體中。根據同步方式，可分為：1.發送進程阻塞，接受進程不阻塞；2.發送進程不阻塞，接受進程阻塞；3.發送進程和接收進程都阻塞。
進程通信也分為高級通信和低級通信。
高級通信通常傳輸數據量較大，包括：消息機制，共享存儲區，管道。
1、消息機制：
在消息機制里值得注意的是消息緩沖隊列方式。發送進程首先申請一塊緩沖區，把消息內容和消息首部填入其中，之后調用send系統調用。send將把該進程的消息內容拷貝到消息緩沖隊列中；接受進程首先申請接受緩沖區，之后調用receive系統調用，OS負責把消息緩沖隊列中的消息拷貝到該進程空間的緩沖區中。
2、管道通信：
相當于一個隊列形式的一個進程在管道尾寫，另一個進程在管道頭取，管道分為無名管道和有名管道。無名管道是用pipe函數創建的，只能用于子進程之間的通信，有名管道用mkfifo函數創建用于任意兩個進程之間通信，對管道的操作相當于對文件的操作比如open函數打開管道close函數關閉管道等。
低級通信包括同步和互斥兩種，通過信號量實現，主要針對臨界區問題。臨界區的互斥訪問要遵循4個原則：空閑讓進，忙則等待，有限等待，讓權等待。主要信號量分為0/1信號量，整型信號量，記錄型信號量，AND型信號量和信號量集。經典同步問題有生產者－消費者問題，讀者－寫者問題，哲學家進餐問題。
信號量：信號量是操作系統提供的管理公有資源的手段，即PV操作。對于獨享設備有驅動程序做PV操作。
p操作的過程是：s=s-1；if(s<0){進入等待隊列，自己阻塞進程}
v操作的過程是：s=s+1；if(s<0){從等待隊列取一個進程；取出的進程進入就緒隊列，當前進程該干嘛干嘛}
pv原語不能次序錯誤，而且必須成對出現。信號量的定義是semaphore mutex；經典同步問題有生產者-消費者問題；讀者-寫者問題；哲學家進餐問題。
?。ㄋ模┧梨i控制
由于進程競爭資源或推進順序非法，可能會造成進程死鎖。死鎖有四個必要條件：互斥訪問，請求保持，非剝奪，環路等待。打破其中任何一個都可以不出現死鎖。對于死鎖的處理有三類方法：
1.死鎖預防：主要是打破死鎖必要條件中的一個。打破請求保持條件，則要求進程在執行之前一次性請求到所有資源才可以執行；打破非剝奪條件，要求進程執行過程中因為缺少資源無法執行時，剝奪所有資源，將其阻塞；打破環路等待條件，則給資源編號，要求進程請求資源的順序依照編號由高到低進行。
2.死鎖避免：指Dijkstra的銀行家算法；
3.死鎖檢測消除：指在發生死鎖時檢測資源分配圖中是否有子環，然后將一個或多個進程掛起，消除死鎖；檢測算法是NP完全問題，CPU代價較大。
二、輸入輸出（I/O）管理
?。ㄒ唬? I/O管理概述
1. I/O管理功能
(1) 動態的紀錄各種設備的狀態
(2) 設備分配與回收
2. I/O應用接口
(1) 設備和設備控制器的接口：設備和cpu之間不是直接通信的而是夾著一個設備控制器，設備與設備控制器是靠三根線相連的，數據信號線，控制信號線和狀態信號線，數據信號線用于在設備和設備控制器之間傳送數據信號，控制信號線傳送由設備控制器向I/O設備發送控制信號，狀態信號線用于傳送設備當前狀態的信號。
(2) 設備控制器：控制一個或多個I/O設備，其基本功能有接收和識別(cpu發的)命令，數據交換(與cpu或與設備數據交換)，標示和報告設備的狀態(給cpu發)地址識別，數據緩沖，差錯控制。
(3) 設備控制器由三部分組成：設備控制器與處理器的接口(由數據線連接DMR和控制狀態寄存器，控制線，和地址線組成)，設備控制器與設備的接口(多個設備接口，每個設備接口由數據控制和狀態三種信號)，I/O邏輯(當cpu啟動一個設備時，將啟動命令發給I/O邏輯同時通過地址線給I/O邏輯由它進行譯碼。。譯出命令后對所選設備進行控制。所以地址線和控制線是直接跟I/O邏輯相連的。
3. I/O通道
I/O通道是特殊的處理機。它具有執行I/O指令的能力，并通過執行通道程序來控制I/O操作，它的指令單一主要與I/O操作相關的指令，通道沒有自己的內存，它和CPU共享內存。通道又分為字節多路通道，數組選擇通道，和數組多路通道。
(1) 數組選擇通道:又稱告訴通道，在物理上可以連接多個設備，但某一段時間內通道只能選擇一個設備進行工作
(2) 數組多路通道:當某設備進行數據傳送時，通道只為該設備服務，當設備在執行尋址等控制性動作時，通道掛起該設備的通道程序，去為其他設備服務。
(3) 字節多路通道:用于大量低速設備，與設備之間數據傳送的基本單位是字節，為一個設備傳送一個字節后，又可以為另個設備傳送一個字節。數組多路通道傳輸的基本單位是塊。而且一次只能有一個設備在傳輸數據。
4. I/O控制方式
(1) 程序I/O方式：忙等方式。
(2) 中段驅動I/O方式：當某進程要啟動某個I/O設備工作時，便由cpu向相應的設備控制器發出一條I/O命令，然后立即返回繼續執行原來的任務，此時，CPU和 I/O設備并行操作。以字節為單位進行I/O。
(3) DMA I/O方式：直接存儲器訪問方式數據傳輸的單位是塊，數據之間在設備和內存中進行交換，僅塊傳輸的開始和結束時才需要CPU干預。(替代了設備控制 器)。DMA控制器中有四類寄存器：命令寄存器(存cpu發的控制命令或設備的狀態)，內存地址寄存器，數據寄存器(緩沖數據作用)，數據計數器(存本次要讀的字節數)。
(4) I/O通道控制方式：通道是通過執行通道程序，并與設備控制器共同實現對I/O設備的控制的。通道指令格式為命令
1）操作碼：規定了指令所執行的操作。
2）內存地址：標明讀操作和寫操作時的內存首址
3）計數：表示本條占領所要讀或寫數據的字節數
4）通道程序結束位P：用于表示通道程序是否結束
5）記錄結束標志R。
三、設備管理
設備管理包括：緩沖管理，設備分配和設備處理三個內容。
進程I/O一共有四種方式：程序查詢方式，程序中斷方式，DMA方式，通道控制方式。通道處理器也是一個處理機，但是與CPU相比，它指令較為單一，沒有獨立的存儲空間（使用內存空間）。通道分為字節多路通道，數組多路通道和數組選擇通道。
（一）緩沖管理
緩沖管理包括單緩沖，雙緩沖，循環緩沖和緩沖池。這里需要注意的是緩沖池。它包括輸入隊列，輸出隊列和空閑隊列，有四種工作方式：
1.收容輸入方式：進程請求向緩沖區輸入，從空閑緩沖隊列中申請一個緩沖區輸入，將之鏈接在輸入隊列尾；
2.提取輸入方式：進程要從緩沖區中提取輸入，則從輸入隊列尾部緩沖區中拷貝信息，同時釋放空間，將之重新鏈入空閑隊列中；
3.收入輸出方式：進程要想緩沖區輸出，從空閑緩沖區隊列中申請一個緩沖區輸出，將之鏈接在輸出隊列尾；
4.提取輸出方式：進程要想緩沖區提取輸出，則從輸出隊列尾部緩沖區中拷貝信息，同時釋放空間，將之重新鏈入空閑隊列中。
?。ǘ┰O備分配
操作系統為實現設備分配需要配備的數據結構有：設備使用表，控制器使用表，通道使用表，系統設備表。利用設備獨立性的思想分配設備。所謂設備獨立性，是指使用邏輯設備名稱來請求某種設備，而系統通過某種名稱轉換方式將其轉換成物理設備名稱進行分配。實現設備獨立性需要再驅動程序之上再增加一層設備獨立性軟件，負責實現名稱和地址的轉換，這種轉換信息使用邏輯設備表LUT實現，每一個表項存儲邏輯設備名，物理設備名，驅動程序入口地址。使用設備獨立性方法實現設備分配，具有靈活性和易于設備重定向。
SPOOLing是設備分配的一個重要例子。它實現了獨占設備的共享。SPOOLing系統包括輸入井，輸出井，輸入緩沖，輸出緩沖，輸入進程和輸出進程。進程在請求獨占設備輸出時，OS要求它先把要輸出的內容輸入到輸入緩沖，之后有輸入進程將其輸入到輸入井中，此時如果處理機要處理這些數據，則從輸入井中取數據；獨占設備要輸出時，由輸出進程將輸出井中的信息送至輸出緩沖，由輸出設備輸出。這種方式實現了獨占設備的共享，如網絡打印機。
（三）設備處理
設備處理指的是一系列驅動程序。它們是OS與外設的接口，把OS進程發來的抽象的要求轉化為對硬件的具體的控制命令，如設置命令控制字，讀取設備狀態信息，啟動設備等。它們對操作系統提供統一的接口，方便用戶調用。