第一章 概述

Posted 2020-11-29 caiyishuai

(图片均来自中国大学mooc王道os课程)

一、框架

1.概述

2.进程管理

3.内存管理

4.文件管理

5.输入输出(I/O)管理

   

二、基本概念

   

操作系统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地分配；以提供给用户和其他软件方便地接口和环境；它是计算机系统中最基本的系统软件。

   

①系统资源的管理者：进程管理、内存管理、文件管理、输入输出(I/O)管理

②向上提供方便易用的服务(封装的思想)：

　　　　用户接口子系统——直接给用户使用

　　　　基础平台子系统——给软件/程序员使用，系统调用

 

③最接近硬件的一层软件

    

联机命令与脱机命令区别在于说一句做一句还是说一堆做一堆

   

三、四个特征

1.并发性

并发：两个或多个事件在同一时间间隔内发生。宏观上同时，微观上交替。通过分时实现。

eg：9:10-9:20吃面包，9:20-9:30写作业，那么9:10-9:30间两行为并发。

并行：两个或多个事件再同一时刻同时发生。

eg：一边吃面包一边写作业。

os的并发性指计算机系统中"同时"运行着多个程序，这些程序宏观上看是同时运行的，微观上是交替运行的。

四核cpu最多4个程序并行，

 

   

2.共享性

互斥共享：一个时间段中允许一个进程访问资源。资源叫临界资源：eg：打印机。

同时共享：同时读数据。"同时"往往是宏观上的 ，而在微观上可能是交替地对该资源进行访问的，即分时访问。

共享与并发互为存在条件

3.虚拟性

把一个物理上的实体变为若干个逻辑上的对应物。逻辑实体是实际存在的，而逻辑上的对应物是用户感受到的。

空分复用：eg：虚拟存储器

时分复用：eg：处理器的分时共享

没有并发性也太不上虚拟性。

4.异步性

进程执行时走走停停的，不是一贯到底的。

只有拥有并发性，才有可能导致异步性。

   

   

四、发展与分类

   

1.手工操作阶段(无操作系统)

串行处理，纸带打孔手动输入输出，。用户独占全机，CPU等待手工操作，利用率低。

2.批处理阶段

(1)单道批处理系统

自动性：作业自动依次装入磁带

顺序性：磁带上的作业顺序进入内存

单道性：内存中仅有一道程序运行

   

输入输出更快了，但只有内存中的程序运行结束了才能调入下一道程序，CPU大量时间在空闲等待I/O完成，利用率仍低。

(2)多道批处理系统

 

3.分时操作系统

一时间片为单位轮流为各个用户/作业服务。

优点：用户请求可以被及时响应，解决了人机交互问题。

缺点：不能优先处理一些紧急任务。因为os对每一个用户/作业都完全公平，不考虑优先级。

4.实时操作系统

5.其它

网络os、分布式os。

   

五、os的运行机制

1.两种指令、程序、处理器状态

内核程序：操作系统内核作为"管理者"，有时会让cpu执行"特权指令"(指计算机不允许用户直接使用的指令)

eg：内存清0指令、置中断指令

应用程序：只能使用"非特权指令"，eg：加减法

内核态=核心态=管态：说明正在执行的时内核程序，可以执行特权指令。

用户态=目态：说明正在执行的时应用程序，只能执行非特权指令。

CPU中程序状态寄存器(PSW)中有个二进制位，1表示"内核态"，0表示"用户态"。

内核->用户：执行一条特权指令——修改PSW，os主动让出CPU使用权。

用户->内核："中断"引发，硬件自动完成变态过程，触发中断信号意味着os强行夺回CPU的使用权。

2.中断和异常

中断是让OS内核夺回CPU使用权的唯一途径。现代os是靠中端驱动的软件。

内中断(异常)：与当前执行的指令有关，中断信号来源于CPU内部。

eg：应用程序的陷入指令，应用程序主动让出CPU给os内核，"系统调用"就算通过陷入指令完成的。

地址越界、虚存系统缺页

外中断(中断)：与当前执行的指令无关，中断信号来源于CPU外部。

eg：时钟中断——有时钟部件发来的中断信号，可以用于进程的切换。

I/O中断——由输入输出设备发来的中断信号。

   

   

3.系统调用

用户在程序中调用os所提供的一些子功能，可被看作特殊的公共子程序。

应用程序可以通过系统调用来请求获得操作系统内核的服务。

   

   

   

4.os的体系结构

   

   

   

   

   

六、本章小结