操作系统：操作系统相关概述

Posted 2023-02-25 awen生活愉快

1、 操作系统

• 操作系统是一种运行在内核态的软件。
• 操作系统的位置如下：
  
• 操作系统的功能：
   （1）管理计算机资源，包括通过以下两种不同方式实现多路复用（共享）资源：在时间上复用和在空间上复用。
   （2）隐藏硬件，为用户程序提供抽象。
  

2、用户接口：实现用户与操作系统的交互。

• 命令行接口（允许用户直接使用):
   （1）基于文本的通常称为shell（命令行界面）；
   （2）基于图标的则称为图形用户界面（Graphical User Interface，GUI）；
   （注意：它们实际上并不是操作系统的一部分）
• 程序接口（允许用户通过程序间接使用）：由一组系统调用组成。
  

3、处理器（CPU)

• 功能：内存中取出指令并执行
• 过程：取指、译码、执行、访问存取数据和结果写回。
• 两种模式：内核态和用户态，通过TRAP指令可把CPU从用户态切换成内核态。
  （补充：TRAP，即陷阱，又称陷阱门，是程序知开发者或系统研制者有意设计的隐藏在计算机程序中的几段特定程序，将控制转移到操作系统。）

4、存储器

  按访问时间快慢分为寄存器、高速缓存（cache）、内存、磁盘（硬盘）、磁带。

• 寄存器
   （1）通用寄存器：保存关键变量和临时结果。
   （2） 程序计数器：保存将要取出的下一条指令的内存地址。
   （3）堆栈指针：指向内存中当前栈的顶端。
   （4）程序状态字（PSW）寄存器

5、I/O设备,包含：

• 设备控制器：控制器是插在电路板上的一块芯片或一组芯片，这块电路板物理地控制设备。
   （1）控制器的任务是为操作系统提供一个简单的接口。
   （2） 设备驱动程序（device driver）：专门与控制器对话，发出命令并接收响应的软件。
• 设备本身

6、总线

• 早期IBM PC ISA（Industry Standard Architecture）总线
• PCI（Peripheral Component Interconnect）总线（以Pentium为例）：
   （1）局部总线：连接CPU与PCI桥
   （2）内存总线：连接PCI桥与主存储器
   （3）PCI总线
   （4）高速缓存总线：连接CPU和2级高速缓存。
   （5）IDE总线：将诸如磁盘和CD-ROM一类的外部设备与系统相连接。
   （6）USB（Universal Serial Bus）总线：用来将所有慢速I/O设备，诸如键盘和鼠标，与计算机连接。是一种集中式总线。
   （7） SCSI（Small Computer System Interface）总线：是一种高速总线，用在高速硬盘、扫描仪和其他需要较大带宽的设备上。
   （8）ISA总线

7、系统调用

  操作系统提供给上层应用程序的接口。用户程序中，凡是与资源有关的操作，都必须通过系统调用的方式向操作系统提出服务请求，由操作系统代为完成。系统调用的相关处理在内核态进行。

• 系统调用作用：保证系统的稳定性和安全性。
• 系统调用分类（按功能）：设备管理、文件管理、进程管理、内存管理等。
• 系统调用过程：
   （1） 传递系统调用参数
   （2） 执行TRAP指令（使CPU从用户态进入内核态）
   （3） 执行系统调用相关服务程序（在内核态下进行）
   （4）最后返回用户程序。
  （注意：TRAP指令使唯一一个不能在内核态运行的指令）