操作系统-1-操作系统概述
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篇首语：本文由小常识网(cha138.com)小编为大家整理，主要介绍了操作系统-1-操作系统概述相关的知识，希望对你有一定的参考价值。
操作系统-1-操作系统概述
1.操作系统的概念，功能和目标
1.1操作系统的概念
操作系统（Operating System，OS）：是指控制和管理整个计算机系统的硬件和软件资源，并合理地组织调度计算机的工作和资源的分配，以提供给用户和其他软件方便的接口和环境，它是计算机系统中最基本的系统软件。
- 负责管理协调硬件，软件等计算机资源的工作。
- 为上层的应用程序，用户提供简单易用的服务。
- 操作系统是系统软件，而不是硬件。
1.2操作系统的功能和目标
-
作为系统资源的管理者
- 提供的功能：
- 处理机管理
- 存储器管理
- 文件管理
- 设备管理
- 目标：安全，高效。
- 提供的功能：
-
作为用户和计算机硬件之间的接口
- 提供的功能：
- 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。
- GUI（图形用户界面）：现代操作系统中最流行的图形用户接口。
- 目标：方便用户使用。
- 提供的功能：
-
联机命令接口实例
-
脱机命令接口实例
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程序接口实例
-
GUI实例
-
作为最接近硬件的层次
- 需要提供的功能和目标：实现对硬件机器的拓展。
1.3小结
2.操作系统的特征
2.1并发
- 并发：指两个或多个事件在同一时间间隔内发生。这些事件宏观上是同时发生的，但微观上是交替发生的。（并行：指两个或多个事件在同一时刻同时发生。）
- 操作系统的并发性：指计算机系统中同时存在着多个运行着的程序。
下面的例子可以帮助我们更好的理解并发和并行区别：
2.2共享
-
共享：即共享资源，是指系统中的资源可供内存中多个并发执行的进程共同使用。
-
两种资源共享方式：
-
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”对它们进行访问。
-
- 操作系统的特征–并发和共享的关系：
2.3虚拟
-
虚拟：是指把一个物理上的实体变为若干个逻辑上的对应物。物理实体（前者）是实际存在的，而逻辑上对应物（后者)是用户感受到的。
-
虚拟技术：
- 空分复用技术：如虚拟存储器技术。
- 时分复用技术：如虚拟处理器。
结论：显然，如果失去了并发性，则一个时间段内系统中只需运行一道程序，那么就失去了实现虚拟性的意义了。因此，没有并发性，就谈不上虚拟性。
2.4异步
异步：是指，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的，而是走走停停，以不可预知的速度向前推进，这就是进程的异步性。
下面一个例子帮助理解：
2.5小结
3.操作系统的发展与分类
3.1手工操作阶段
- 主要缺点：用户独占全机，人机速度矛盾导致资源利用率极低。
3.2批处理阶段
-
单道批处理系统
- 引入脱机输入/输出技术（用磁带完成），并监督程序负责控制作业的输入，输出。
- 主要优点：缓解了一定程度的人机速度矛盾，资源利用率有所提升。
- 主要缺点：内存中仅能有一道程序运行，只有该程序运行结束之后才能调入下一道程序。CPU有大量的时间是在空闲等待I/O完成。资源利用率依然很低。
-
多道批处理系统
- 主要优点：多道程序并发执行，共享计算机资源。资源利用率大幅提升，CPU和其他资源保持“忙碌”状态，系统吞吐量增大。
- 主要缺点：用户响应时间长，没有人机交互功能（用户提交自己的作业之后就只能等待计算机处理完成，中间不能控制自己的作业执行)。
3.3分时操作系统
- 分时操作系统：计算机以时间片为单位轮流为各个用户/作业服务，各个用户可通过终端与计算机进行交互。
- 主要优点：用户请求可以被即时响应，解决了人机交互问题。允许多个用户同时使用一台计算机，并且用户对计算机的操作相互独立，感受不到别人的存在。
- 主要缺点：不能优先处理一些紧急任务。操作系统对各个用户/作业都是完全公平的，循环地为每个用户/作业服务一个时间片，不区分任务的紧急性。
3.4实时操作系统
- 主要优点：能够优先响应一些紧急任务，某些紧急任务不需时间片排队。
- 在实时操作系统的控制下，计算机系统接收到外部信号后及时进行处理，并且要在严格的时限内处理完事件。实时操作系统的主要特点是及时性和可靠性。
3.5其他操作系统
- 网络操作系统：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)
- 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。
- 个人计算机操作系统：如 Windows XP、MacOs，方便个人使用。
3.6小结
4.操作系统的运行机制与体系结构
4.1两种指令，两种处理状态，两种程序
-
两种指令
- 特权指令：如内存清零指令（不允许用户程序使用）。
- 非特权指令：如普通的运算指令。
-
两种处理状态
用程序状态字寄存器（PSW）中的某标志位来标识当前处理器处于什么状态。
如，0为用户态，1为核心态。
- 用户态（目态）：此时CPU只能执行非特权指令。
- 核心态（管态）：特权指令，非特权指令都可执行。
-
两种程序
- 内核程序：操作系统的内核程序是系统的管理者，既可以执行特权指令，也可以执行非特
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。
- 内核程序：操作系统的内核程序是系统的管理者，既可以执行特权指令，也可以执行非特
4.2操作系统的内核
-
内核：是计算机上配置的底层软件，是操作系统的最基本，最核心的部分。实现操作系统内核功能的哪些程序就是内核程序。
-
内核功能：
- 时钟管理
- 中断处理
- 原语
- 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
- 将操作系统的主要功能模块都作为系统内核，运行在核心态。
- 优点：高性能。
- 确点：内核代码庞大，结构混乱，难以维护。
- 微内核
- 只把最基本的功能保留在内核。
- 优点：内核功能少，结构清晰，方便维护。
- 缺点：需要频繁地在核心态和用户态之间切换，性能低。
4.3小结
5.中断和异常
5.1中断机制的诞生
5.2中断的概念和作用
5.3中断的分类
5.4外中断的处理过程
5.5小结
6. 系统调用
6.1什么是系统调用，有何作用？
-
系统调用：是操作系统提供给应用程序（程序员/编程人员）使用的接口，可以理解为一种可供应用程序调用的特殊函数，应用程序可以发出系统调用请求来获得操作系统的服务。
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作用：应用程序通过系统调用请求操作系统的服务。系统中的各种共享资源都由操作系统统一掌管，因此在用户程序中，凡是与资源有关的操作〈如存储分配、I/O操作、文件管理等），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。这样可以保证系统的稳定性和安全性，防止用户进行非法操作。
-
按功能分类：
- 设备管理：完成设备的请求/释放/启动等功能。
- 文件管理：完成文件的读/写/创建/删除等功能。
- 进程控制：完成进程的创建/撤销/阻塞/唤醒等功能。
- 进程通信：完成进程之间的消息传递/信号传递等功能。
- 内存管理：完成内存的分配/回收等功能。
注意：系统调用相关处理涉及到对系统资源的管理、对进程的控制,这些功能需要执行一些特权指令才能完成，因此系统调用的相关处理需要在核心态下进行
6.2系统调用和库函数区别
6.3系统调用背后的过程
- 系统调用过程：
- 传递系统调用参数。
- 执行陷入指令（用户态）。
- 执行系统调用相应服务程序（核心态）。
- 返回用户程序。
- 注意：
- 陷入指令是在用户态执行的，执行陷入指令之后立即引发一个内中断，从而CPU进入核心态。
- 发出系统调用请求是在用户态，而对系统调用的相应处理在核心态下进行
- 陷入指令是唯一一个只能在用户态执行，而不可在核心态执行的指令
6.4小结
以上是关于操作系统-1-操作系统概述的主要内容，如果未能解决你的问题，请参考以下文章