计算机操作系统概述

Posted 2021-11-01 mumumu999

1. 基本特征
   1. 并发
   2. 共享
   3. 虚拟
   4. 异步
2. 基本功能
   1. 进程管理
   2. 内存管理
   3. 文件管理
   4. 设备管理
3. 系统调用
4. 宏内核和微内核
5. 中断分类
   1. 外中断
   2. 异常
   3. 陷入

基本特征

1.并发

　　并发：宏观上，一段时间能运行多个程序，实际上是时间片轮转

　　并行：同一时刻运行多个指令，需要硬件支持，如多流水线，多核处理器或分布式计算系统

　　操作系统引入进程和线程，使程序能够并发运行

2.共享

　　共享：系统中的资源可以被多个并发进程共同使用

　　互斥共享：互斥共享的资源称为临界资源，如打印机，在同一时间只允许一个进程访问，需要同步机制来实现互斥访问

　　同时共享

3.虚拟

　　虚拟技术：把一个物理实体转化为多个逻辑实体

　　时分复用技术 && 空分复用技术

　　多个进程在处理器上并发执行使用的时分复用技术，每个进程轮流占用处理器，每次执行一小个时间片并快速切换

　　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。

4.异步

　　异步：进程不是一次性执行完毕，而是走走停停，以不可知的速度向前推进。

　　异步是相对同步而言的，同步就是等待，异步就是不等待。

基本功能

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
2. 内存管理：内存分配，地址映射，内存保护与共享，虚拟内存
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
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等。主要包括缓冲管理，设备分配，设备处理，虚拟设备等。

系统调用

　　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

 

 linux的系统调用主要有以下这些：

Task	Commands
进程控制	fork(); exit(); wait();
进程通信	pipe(); shmget(); mmap();
文件操作	open(); read(); write();
设备操作	ioctl(); read(); write();
信息维护	getpid(); alarm(); sleep();
安全	chmod(); umask(); chown();

宏内核和微内核

　　宏内核：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。

　　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除内核，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核心态之间进行切换，所以会有一定地性能损失。

 

 

 中断分类

　　外中断：由CPU执行指令以外的事件引起，如I/O完成中断，表示设备输入/输出处理已经完成，处理器能够发送下一个输入/输出请求。此外还有时钟中断、控制台中断等。

　　异常：由CPU执行指令以内的事件引起，如非法操作码、地址越界、算术溢出等。

　　陷入：在用户程序中使用系统调用。

操作系统--操作系统概述

之前总结了计算机概述 今天来总结一下操作系统的概述

 

操作系统的目标和功能：

　　1方便 为了计算机使用更方便

　　2有效 为了操作系统以更有效的方式使用计算机资源

　　3扩展能力 可以在不妨碍当前服务的情况下 有效的开发、引入、测试新功能

操作系统可以：

　　作为计算机接口的操作系统：操作系统提供了程序开发、程序运行、I/O设备访问、文件访问控制（）、系统访问（系统资源访问）、错误检测和响应、记账（资源利用率统计数据）等功能

　　　　指令系统体系结构（ISA）：定义了计算机遵循的机器语言指令系统 该接口是硬件和软件的分界线 |分为用户级ISA（应用程序直接访问ISA） 和系统级ISA（操作系统使用的指令）

　　　　应用程序二进制接口（ABI）：定义了程序间二进制可移至性的标准 定义了操作系统的系统调用接口和ISA使用的硬件资源和服务

　　　　应用程序编程接口（API）：使用API让软件容易编译并移植到具有相同API的其他系统中

　　

　　作为资源管理器的操作系统：操作系统控制处理器使用其他系统资源 并控制其他进程的执行时机

　　　　操作系统也是由处理器执行的一段程序或一组程序 操作系统会经常释放控制 必须依赖处理器才能恢复控制

　　　　操作系统的内核程序和其他一些储存在内存中 内核程序包括操作系统最常使用的功能

  　　　 操作系统决定其他进程的时间片 并传达给所有的处理器

　　操作系统的易扩展性：硬件升级和新型硬件出现、新的服务、纠正错误

操作系统发展史：

　　　　串行处理：用户必须顺序访问计算机

　　　　　　缺点：调度问题、准备时间长

　　　　简单批处理：计算机操作员可以一下子放很多程序在输入设备供监控程序调用

　　　　　　中心思想是监控程序 监控程序控制事件的顺序 

　　　　　　监控程序完成了调度功能、并且改善了作业的准备时间（使用作业控制语言）

　　　　　　同时考虑到了 内存保护（不能改变监控程序的内存区域）、定时器（防止一个作业独占系统）、特权指令（只能由监控程序执行的特权指令）、中断

　　　　　　内存保护和特权指令引出了运行模式的概念：用户模式 、内核模式

　　　　多道批处理系统：由于内存空间容得下多个用户程序 当一个作业需要I/O等待时 处理器可以执行另外的作业

　　　　　　依赖于计算机硬件 支持I/O访问和DMA(直接存储器访问)的硬件 

　　　　　　由此引出了内存管理技术

　　　　分时系统：每个程序执行固定的时间片 使得用户与计算机交互时处理器可以执行其他的程序

主要成就：

　　进程：可分配给处理器并由处理器执行的实体 是操作系统设计核心

　　内存管理：进程隔离 自动分配和管理 支持模块化程序设计 保护和访问控制 长期储存

　　信息保护和安全：可用性 保密性 数据完整性 认证

　　调度和资源管理： 公平性 有差别得响应性 有效性

现代操作系统的特征

　　多线程

　　　　线程是可分配的工作单元 

　　　　进程是一个或者多个线程和相关系统资源的集合

　　对称多处理

 

这儿后面有点简略 因为这儿只是对操作系统的一个概述 后面会详细对各个模块分别总结记录