操作系统复习第一部分
2016-12-10 14:00:48 2 举报AI智能生成
操作系统复习
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大纲/内容
第一章计算机系统概述
基本构成
处理器
主存储器
输入/输出模块
系统总线
处理器寄存器
用户可见寄存器
优先使用可以降低对主存储器的使用
数据寄存器
可以被程序员分配给各种函数，一般是通用的（对数据类型有限制）
地址寄存器
包含数据和指令的主存储器地址
索引寄存器
一个基值加一个索引来获取有效地址
段指针
划分成长度不同的段，由特定段号和段内偏移量组成
栈指针
对于用户可见的栈进行寻址，栈寄存器专门指向栈顶，可以直接进行出栈和进栈
控制和状态处理器
控制处理器的操作，而且被具有特权的操作系统例程使用
程序计数器PC：包含下一次要取的指令地址
指令寄存器IR：包含取到的指令的内容
程序状态字PSW：一个或一组包含状态信息的寄存器
条件码：处理器硬件为操作结果设置的位
只能通过隐式访问不能通过显式访问
指令的执行
主要是取指令和执行指令
处理器-存储器
处理器-I/O
数据处理
控制
某些指令可以改变执行顺序
I/O函数
DMA直接存储器访问
I/O模块直接对存储器发出读写命令从而降低处理器的处理负担
中断
计算机其他模块（I/O、处理器等）中断处理器正常处理过程的机制
中断分类
程序中断
某些条件下由程序指令执行的结果产生
时钟中断
由处理器内部计时器产生
I/O中断
由I/O控制器产生
硬件失效中断
掉电或者存储器奇偶错的产生
中断和指令周期
中断处理器
当中断发生的时候处理器调用该程序进行中断操作
指令周期
在取指执行周期中加一个中断处理
中断处理
处理器在把控制权转交到中断去之前需要存储当前程序从中断点回复所需要的信息（最少是PSW和下一条要执行的指令地址）把这些信息压入程序控制栈
多个中断
当正在处理一个中断时，禁止再发生中断
没有考虑优先级和时间限制的要求
定义中断优先级
多道程序设计
多道程序轮流进行
存储器的层次结构
从成本和局部性原理来看，金字塔结构的存储器结构可以降低成本以及提高效率
高速缓冲存储器
动机
处理器的速度远远高于存储器，可利用局部性原理解决
原理
先读取 cache然后读取主存储器
设计
cache大小、存储器块大小、映射函数决定块将占据哪个cache存储单元、写策略规定何时发生存储器写操作、替换算法替换不久将被访问的可能性最小块
I/O通信技术
可编程I/O
cpu执行程序遇到I/O指令通过给相应的I/O模块发送指令来执行这个指令，进行不断检测状态的耗时操作
中断驱动I/O
I/O模块准备好与cpu交换数据时，打断cpu执行请求服务（在每个指令周期的末尾，处理器检查中断）
从I/O到CPU的数据交换都需要CPU处理、任何数据传输懂必须通过CPU
直接存储器访问（DMA）
由DMA接受CPU请求然后DMA处理与存储器的交互，处理完成之后才通知CPU
第二章操作系统概述
目标和功能
方便、有效、可扩展的功能
作为用户/计算机接口
作为资源管理器
发展
串行处理
没有操作系统，准备调度麻烦
简单批处理
使用一个监控程序软件，把调度和准备作业放到一个常驻监控程序中去处理，提高了计算机运行的效率
多道程序批处理
在简单批处理的基础上，CPU等待时间用来运行其他程序
分时系统
多个用户分享CPU时间，CPU在很短的时间内交替运行程序让人感觉到在程序在并发运行
主要的成就
进程：被当做数据结构来实现
一个正在运行的程序、计算机正在运行的程序的一个实例、可以分配给处理器并由处理器执行的一个实体、由单一的执行线一个当前状态和一组相关系统资源所描述的活动单元
一段可执行的程序、程序需要的相关数据、（变量、工作空间、缓冲区）、程序的执行上下文（又称为进程状态，是操作系统用来管理和控制进程所需要的内部数据）
进程索引寄存器：包含当前正在控制处理器的进程在进程表里的索引
基址寄存器：保存存储器区域的开始地址
界限存储器：保存了该区域的大小
内存管理
进程隔离、自动分配和管理、支持模块化设计、保护和访问控制、长期存储
使用虚存（允许程序通过逻辑的角度访问存储器、是为了满足多个用户作业同时驻留在主存中的要求）和文件系统机制来满足这些要求
调度和资源任管理
队列：等待某些资源进程的简单列表
系统结构
交付使用的时间周期长、潜在错误、难以达到期望的性能、不可能复杂而又不受攻击
系统软件结构：必须是模块化的、模块之间必须有定义好而且简单的接口但是不能简化程序设计任务（当代系统还增加了分层和信息抽象的概念）
现代操作系统特征
微内核体系结构
和单体内核（一个大内核作为一个进程实现操作系统绝大多数功能）不同只分配一些基本的功能，其他系统服务都是由用户模式下的一些进程（称为服务器）提供的
多线程
把一个执行应用程序的进程划分成多个可以同时运行的线程（优点：在独立、不需要串行处理的应用程序更有效率。线程的来回切换比进程的切换开销小的多）
线程：一个可分派的工作单元，包括处理器上下文和栈中自己的数据区域
进程：一个或多个线程和相关系统资源
对称多处理
多个微处理器、所有处理器可以执行相同的功能、共享同一个主存储器或者I/O设备
分布式操作系统
使多机系统好像具有一个单一的主存空间、辅存空间、以及其他的统一存取措施
面对对象设计
模块化扩展
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