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操作系统(1) -- 计算机系统概述

2019-08-09 20:56 846 查看

1.1 操作系统基本概念

  1. 操作系统(Operating System,OS)指控制和管理整个计算机系统的硬件与软件资源,合理地组织、调度计算机的工作与资源的分配,进而为用户和其他软件提供方便的接口与环境的程序集合

  2. 操作系统的基本特征:并发,共享,虚拟,异步

  3. 操作系统的功能:

      作为计算机系统资源的管理者:

      处理机管理

    • 存储器管理

    • 文件管理

    • 设备管理

  4. 作为用户和计算机硬件系统之间的接口

      命令接口:联机命令接口(强调交互),脱机命令接口(强调批处理)

    • 程序接口:一组系统调用组成。

  5. 作扩充机器:没有任何软件支持的计算机称裸机,操作系统提供的各种服务,把裸机改造成功能更强的机器。

 

1.2 操作系统的发展与分类

  1. 手工操作阶段

  2. 批处理阶段

    单道批处理

  3. 多道批处理(多道程序设计技术)

  • 分时操作系统

      分时:把处理器的运行时间分成很短的时间片,按时间片轮流把处理器给各联机作业使用

    1. 分时操作系统:多个终端连接在一个主机上,用户同时与主机交互而互不干扰

  • 实时操作系统(强调及时性和可靠性)

  • 网络操作系统和分布式计算机系统

  •  

    1.3 操作系统的运行环境

    1. 运行机制:

      CPU执行两种不同性质程序:操作系统内核程序+用户编制的程序

    2. 特权指令:不允许用户直接使用的指令

    3. CPU状态划分为:目态和管态

    4. 操作系统内核四部分:

      时钟管理

    5. 中断机制

    6. 原语

    7. 系统控制的数据结构及处理

  • 中断和异常

      目态转管态方式:中断和异常

    1. 中断:也称外中断,指来自CPU执行指令以外的事件的发生

    2. 异常:也称内中断,源自CPU执行指令内部的时间,无法屏蔽,出现就立即进行处理。

  • 系统调用

      系统调用:指用户在程序中调用操作系统所提供的子功能

    1. 分类:设备管理,文件管理,进程控制,进程通信,内存管理

    2. 系统调用的处理由操作系统内核程序完成,运行在核心态。用户程序执行访管指令从目态转成管态,请求操作系统提供服务。

     

    1.4 操作系统体系结构

    1. 大内核和微内核

      大内核:将操作系统的主要功能模块都作为一个紧密联系的整体运行在核心态。交互关系错综复杂。

    2. 微内核:只将基本的功能保留在内核,其他移到用户态执行,交互借助微内核进行通信;性能低,频繁在目态和管态之间切换,系统的执行开销偏大。

     

    1.5 本章疑难点

    1. 并行性与并发性的区别和联系:

      并发性是两个或多个事件在同一时刻发生,并发性是两个或多个时间在同一时间间隔内发生。在多道程序环境下,并发性指一段时间内,宏观上有多个程序同时运行,但在单处理机系统中每个时刻仅有一道程序执行,故微观上程序只是分时交替执行。

    2. 特权指令和非特权指令:

      特权指令是有特殊权限的指令,这些指令的权限最大,使用不当会导致整个系统崩溃。为保证系统阿全,不直接提供给用户使用。特权指令必须在核心态运行。CPU在核心态下可以执行指令系统的全集。

      用户态下只能使用非特权指令

    3. 访管指令与访管中断

      访管指令:一条在用户态下执行的指令。在用户程序中,要求操作系统提供服务而使用访管指令,产生一个中断事件,将操作系统转换为核心态,称访管中断。

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