计算机操作系统 概述 -- 操作系统的基本特征操作系统的基本功能系统调用宏内核与微内核中断（外中断异常陷入）
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文章目录
1. 计算机操作系统概述
1.1 操作系统的基本特征
操作系统有4个基本特征：并发、共享、虚拟、异步。
下面我们就来详细说明一下操作系统的基本特征。
1.1.1 并发
并发是指宏观上在一段时间内能同时运行多个程序，而并行则指同一时刻能运行多个指令。
并行需要硬件支持，如多流水线、多核处理器或者分布式计算系统。
操作系统通过引入进程和线程，使得程序能够并发运行。
1.1.2 共享
共享是指系统中的资源可以被多个并发进程共同使用。
有两种共享方式：互斥共享和同时共享。
互斥共享的资源称为临界资源，例如打印机等，在同一时刻只允许一个进程访问，需要用同步机制来实现互斥访问。
1.1.3 虚拟
虚拟技术把一个物理实体转换为多个逻辑实体。
主要有两种虚拟技术：时（时间）分复用技术和空（空间）分复用技术。
时分复用技术：多个进程能在同一个处理器上并发执行使用了时分复用技术，让每个进程轮流占用处理器，每次只执行一小个时间片并快速切换。
空分复用技术：虚拟内存使用了空分复用技术，它将物理内存抽象为地址空间，每个进程都有各自的地址空间。地址空间的页被映射到物理内存，地址空间的页并不需要全部在物理内存中，当使用到一个没有在物理内存的页时，执行页面置换算法，将该页置换到内存中。
1.1.4 异步
在多道程序环境下，允许多个程序并发执行，但由于资源有限，进程的执行不是一贯到底，而是走走停停，以不可知的速度向前推进。
1.2 操作系统的基本功能
1.2.1 进程管理
进程控制、进程同步、进程通信、死锁处理、处理机调度等。
1.2.2 内存管理
内存分配、地址映射、内存保护与共享、虚拟内存等。
1.2.3 文件管理
文件存储空间的管理、目录管理、文件读写管理和保护等。
1.2.4 设备管理
完成用户的 I/O 请求，方便用户使用各种设备，并提高设备的利用率。
主要包括缓冲管理、设备分配、设备处理、虛拟设备等。
1.3 系统调用
一般情况下操作系统会对执行权限作分级，分别为用保护态和内核态。用户态相较于内核态有较低的执行权限
如果一个进程在用户态需要使用内核态的功能，就进行系统调用从而陷入内核，由操作系统代为完成。
1.4 宏内核与微内核
1.4.1 宏内核
宏内核是将操作系统功能作为一个紧密结合的整体放到内核。
由于各模块共享信息，因此有很高的性能。
1.4.2 微内核
由于操作系统不断复杂，因此将一部分操作系统功能移出内核，从而降低内核的复杂性。移出的部分根据分层的原则划分成若干服务，相互独立。
在微内核结构下，操作系统被划分成小的、定义良好的模块，只有微内核这一个模块运行在内核态，其余模块运行在用户态。
因为需要频繁地在用户态和内核态之间进行切换，所以会有一定的性能损失。
微内核是由宏内核发展过来的
1.5 中断分类（中断是并行运行的基础）
中断的作用：它能使CPU在运行过程中对外部事件发出的中断请求及时地进行处理，处理完成后又立即返回断点，继续进行CPU原来的工作。
1.5.1 外中断
外部中断是 单片机实时地处理外部事件的一种内部机制。当某种外部事件发生时，单片机的 中断系统 将迫使 CPU 暂停正在执行的 程序 ，转而去进行中断事件的处理；中断处理完毕后．又返回被中断的程序处，继续执行下去。
外部中断一般是指由计算机外设发出的中断请求，如：键盘中断、打印机中断、定时器中断等。
1.5.2 异常
由 CPU 执行指令的内部事件引起，如非法操作码、地址越界、算术溢出等。
1.5.3 陷入
在用户程序中使用系统调用。
1.5.4 小结
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