操作系统-基本概念

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操作系统-王道老师

第一章

目录：

1.操作系统概念、功能和目标
2.操作系统的特征
3.OS的发展和分类
4.OS的运行机制和体系结构
5.中断
6.系统调用

1. 操作系统概念、功能和目标

1.1 操作系统概念：

1.2 操作系统的功能和目标

1.2.1 资源的管理者：

1.2.2 向用户提供服务：

• 命令接口：(允许用户直接使用)

• 程序接口：(允许用户通过程序间接使用)

有一组系统调用组成(程序接口=系统调用)

• GUI用户图形界面：

用户可以使用形象的图形界面进行操作，而不再需要记忆复杂的命令、参数。

1.2.3 对硬件机器的扩展：

没有任何软件支持的计算机称为裸机。在裸机上安装操作系统，可以提供资源管理功能和方便用户使用功能，将裸机改造成功能更强、使用更方便的机器，通常把覆盖了软件的机器称为扩充机器，又称之为虚拟机。

2. 操作系统的特征：

2.1 四大特征：

2.2 并发:

指两个或多个时间在同一时间间隔内发生，这些事情宏观上是同时发生的，但微观上是交替发生的。
补充： 并行是指两个或多个事情在同一个时刻同时发生。

2.3 并发VS并行

2.4 共享：

共享即共享资源，是指系统中的资源可供多个并发执行的进程同时使用。

• 互斥共享方式：

系统中的某些资源，虽然可以提供给多个进程使用，但一个时间段内只允许一个进程访问该资源。

• 同时共享方式：

系统中的某些资源，允许一个时间段内由多个进程”同时”对他们进行访问。
所谓”同时”，往往都是宏观上的，而在微观上，这些进程可能是交替地对该资源进行访问的(分时共享)

2.5 虚拟：

• 空分复用技术：虚拟储存技术
• 时分复用技术：虚拟处理器技术

2.6 异步：

3. OS的发展和分类

3.1 发展和分类：

3.2 手工操作阶段：

缺点：人工速度矛盾，人输入的速度跟不上计算机计算的速度

3.3 批处理阶段:

• 单道批处理系统：

引入脱机输入/输出技术,并监督程序负责监控作业的输入、输出
优点：缓解了人机速度矛盾
缺点：资源利用率依然很低

• 多道批处理系统：（操作系统开始出现）

3.4 分时操作系统：

3.5 实时操作系统：

• 硬实时系统

必须在绝对严格的规定时间内完成处理（应用于导弹系统、自动驾驶系统）

• 软实时系统

允能够接受偶尔违反时间规定（12306火车订票系统）

优点：能优先处理紧急任务

3.6 网络操作系统：

网路操作系统是伴随着计算机网络的发展而诞生的，能把网络中各个计算机有机地结合起来，实现数据传送等功能，实现网络中各种资源的共享（如文件共享）和各台计算机之间的通信。（如：Windows NT 就是一种典型的网络操作系统，网站服务器就可以使用）

3.7 分布式操作系统：

主要特点是分布性和并行性。系统中的各台计算机地位相同，任何工作都可以分布在这些计算机上，由它们并行、协同完成这个任务。

3.8 个人计算机系统：

如Windows XP、Macos， 方便个人使用。

4. OS的运行机制和体系结构

4.1 运行机制：

• 两种指令：

• 两种处理器状态：

• 两种程序：

内核程序：操作系统的内核程序是系统的管理者，即可以执行特权指令，又可以执行非特权指令，运行在核心态
应用程序：为了保证系统能够安全运行，普通应用程序只能执行非特权指令，运行在用户态

4.2 操作系统内核：

内核时计算机配置的底层软件,是操作系统最基本、最核心的部分。实现操作系统内核功能的程序就是内核程序

• 时钟管理：

实现计时功能

• 中断处理：

实现中断机制

• 原语：

是一种特殊的程序
处于操作系统的最底层，是最接近硬件的部分
这种程序运行具有原子性——其运行是只能一气呵成，不可中断
运行时间较短，调用频繁

• 对系统资源进行管理的功能：

4.3 操作系统的体系结构：

• 大内核

• 微内核

5. 中断

5.1 中断机制的诞生：

为了实现多道程序并发执行而引入的一种技术

5.2 中断的基本概念：

当中断发生时，CPU立即进入核心态，当前运行的进程暂停运行，并由操作系统内核对中断进行处理，对于不同中断信号，会进行不同的处理。
原因：当中断发生，就意味着需要操作系统介入，开展管理工作。由于操作的管理工作（比如进程切换、分配I/O设备等）需要特权指令，因此CPU要从用户态转为核心态。中断可以使CPU从用户态切换到核心态，使操作系统的计算机的操控权，有了中断，才能实现多道程序的并发执行。
注：中断实现“用户态->核心态”的唯一途径。

5.3 中断的分类：

• 内终端：（异常、例外、陷入）

• 外中断：（中断）

5.4 内中断的另一种分类方式：

5.5 中断的过程处理：

6. 系统调用

6.1 什么是系统调用，有何作用？：

6.2 分类：

6.3 系统调用和库函数的区别：

6.4 系统调用背后的过程：

第一章小结，欢迎大家交流学习！