操作系统
2021-09-22 09:18:48 0 举报
AI智能生成
计算机操作系统综述思维导图,可供计算机考研初试复试等使用,排版格式方便打印背诵。
作者其他创作
大纲/内容
操作系统
定义
控制和管理整个计算机系统软件与硬件资源,合理地组织和调度计算机的工作与资源分配,进而为用户和其他软件提供方便的接口的程序的集合。
是最基本的系统软件
特征
并发
并行:同一时刻完成两种及以上的工作
并发:同一时间间隔完成两种及以上的工作
宏观上有多道程序同时执行
微观上这些程序分时交替执行
共享
互斥共享
一个资源一段时间只能满足一个请求,一个任务没结束,另一个任务就不能开始
打印机,必须打印完一个文档后再打印另一个
例如:共享内存、管道文件的访问
同时访问
任务分几个时间片段,间隔完成,效果和连续完成相同
例如:对处理机资源的共享
虚拟
时分复用技术
CPU时间
空分复用技术
内存空间
异步
多道程序并发执行,程序的执行并不是一贯到底,而是‘走走停停\",以不可预知的速度向前推进
只要运行环境相同,操作系统必须保证多次运行进程后都能获得相同的结果
运行环境
运行机制
操作系统内核程序
特权指令+非特权指令
核心态下不使用访管指令,并非不能使用
主要功能
时钟管理
中断机制
原语
系统控制的数据结构及处理
应用程序
非特权指令
访管指令:从目态陷入管态
操作系统禁止应用程序执行指令特权指令?
将CPU划分为两种状态
目态(内核态)
应用程序运行在目态,不能执行特权指令
命令解释程序,是操作系统向用户提供的命令接口,执行在目态
管态(用户态)
操作系统内核程序运行在管态,可以执行非特权指令
进程调度程序、缺页中断处理程序、时钟中断处理程序
中断和异常
内中断(异常)
指令中断
INT 21H、访管指令引发的访管中断
访管指令引起访管中断,让CPU从用户态陷入内核态,而中断是通过硬件实现的
强制中断
硬件故障
断电
软件故障
缺页、除零
外中断
外设请求
中断响应过程
关中断--保存断点(PC寄存器)--取出中断服务程序的入口地址装入PC--保护现场(PSW,部分通用寄存器)--开中断
这一系列过程封中断执行,不能被打断
执行中断服务程序
关中断--恢复现场--开中断--中断返回
系统调用(广义指令)
按功能分类
设备管理
进程控制
进程创建、撤销、阻塞、唤醒等
进程通信
文件管理
内存管理
处理机管理
体系结构
大内核
将主要功能模块全部集中在内核中,各模块之间共享信息,相互调用,性能无可比拟
但随着系统规模增长,内核设计开发维护难度剧增
添加系统服务时,必须修改内核
微内核
内核中仅有最基本的功能模块
稳定性提高
分离内核和服务,服务和服务,使得接口清晰,维护成本大大降低
近硬件的底层和关键功能必须通过操作系统实现,所以用户程序需要反复地陷入内核态
导致性能也明显下降
库操作系统
将底层的系统服务作为库直接链接到用户程序中,免去了系统调用
功能和目标
计算机系统资源的管理者
处理机的分配和调度是以进程为基本单位的,可以归结为进程管理
目标:充分利用处理机资源的同时保证公平
功能:进程控制、进程同步、进程通信、死锁处理等
目标:提高内存利用率、降低存取时间
功能:内存分配和回收、地址映射、内存保护共享和扩充等
目标:完成用户的IO请求,提高设备的利用率
子主题
功能:缓冲管理、设备分配、设备处理等
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
主要由键盘键入命令组成
脱机命令接口
批处理文件,例如:window的.bat后缀文件
程序接口(系统调用)
在程序中使用这部分接口
图形界面GUI通过调用 系统调用实现
库函数底层通过系统调用实现
注意:部分功能对于用户透明,不存在系统调用,例如:缓冲管理
用作扩充机器
将裸机(纯硬件)“扩充”提供各种服务的机器
发展和分类
手工操作阶段
主要矛盾:高速的机器和较慢的人工之间的速度不匹配
缺点:CPU利用不充分、资源利用率也低
批处理系统
单道批处理系统
主要矛盾:高速的CPU和低速的IO之间的速度不匹配
多道批处理系统
主要矛盾:无法提供人机交互,响应时间长与用户想要实时响应之间的矛盾
采用多道程序设计之后引发了做了作业调度、CPU管理等问题,在解决这些问题的过程中,形成了操作系统
分时操作系统
主要特征
同时、交互、独立、及时
同时和多个用户独立地进行能够及时响应的交互
实时操作系统
实时:在规定的时间完成
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