OS-1-操作系统概述
2021-08-09 17:43:55 17 举报AI智能生成
操作系统第一章，操作系统概述 知识点梳理
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大纲/内容
OS运行机制
只允许内核程序使用
特权指令
非特权指令
两种指令
CPU设计时就划分了指令类型，因此执行指令前就可判断类型CPU的状态用于指导CPU限制程序使用特权指令
运行的是内核程序，PSW某一位存储
内核态/核心态/管态
运行的是应用程序
用户态/目态
两种处理机状态
内核程序让出CPU前，用一条特殊指令将CPU设为用户态
内核程序
只能使用非特权指令
若应用程序试图使用特权指令，会引起CPU中断并立即进入核心态同时停止当前应用程序，转而执行处理中断的内核程序
应用程序
两种程序
由很多内核程序组成OS的内核
内核是OS的核心部分
没有中断就会一直运行同一个程序，失去并发性
中断的作用
用户程序试图使用特权指令（终止Abort）
指令非法或参数非法（终止Abort）
错误条件引起，可能被内核程序修复，若修复会把CPU使用权还给原来的程序，如缺页故障（故障Fault）
用户程序执行特殊的“Trap”指令试图请求Kernel服务（陷入Trap）
内中断“异常”信号来自CPU内部每条指令执行时CPU都会检查是否有异常发生
致命错误，应用被终止
处理时钟中断的程序处理后把CPU设为用户态，交还用户程序使用
时钟中断每隔一段时间发送
I/O中断
外中断“中断”信号来自CPU外部每条指令执行后CPU都会检查是否有外中断信号
中断的类型
中断信号产生后，CPU检测到，根据信号值查询中断向量表据此找到对应的中断处理程序在内存中的存放位置
中断机制基本原理
中断和异常
设备请求、释放、启动……
设备管理
文件读写、创建、删除……
文件管理
进程创建、撤销、阻塞、唤醒……
进程控制
消息传递、信号传递……
进程通信
内存分配、回收……
内存管理
程序中进行系统调用以使用程序接口
是程序请求OS服务的唯一方式，但是程序并不是一定要进行系统调用
只要要使用系统资源就需要系统调用
明确传递的参数(系统调用类型，参数等)
使用Trap指令（在用户态下执行，不是特权指令）
CPU切换到内核态，OS启动系统调用入口程序，检查对应的寄存器
调用指定的系统调用对应的处理程序
处理请求
执行结束后，回到原有的用户程序
过程
系统调用
大内核 vs. 微内核
微内核的用户态和内核态切换频繁，浪费了部分性能
典型大内核：Linux、UNIX
典型微内核：WindowNT
OS的体系结构
偶尔也把覆盖了软件的机器称为虚拟机(扩充机器)
OS是最基本的系统软件
处理机
载入
存储器
摄像头、鼠标....
管理
目标：安全高效
控制和管理计算机的软件和硬件资源组织调度计算机工作和资源分配
OS将不直观、复杂的硬件功能封装成简单易用的服务
GUI(Graphical User Interface)图形化用户接口
联机命令接口(即交互式命令接口)：Windows命令行
脱机命令接口(即批处理文件借口)
命令接口
是程序请求OS服务的唯一方式
程序接口不提供给用户直接使用
(偶尔被称为广义指令)
程序接口
给用户和其他软件提供接口和环境
用户使用
软件/程序员使用
概念
多个事件宏观上同时发生，微观上交替发生
Compare：并行：并行微观上也同时发生
多核CPU可以核间并行，核内并发，但是单核CPU只能并发
并发Concurency
资源共享：系统中资源可以提供给内存中多个并发执行的进程共同使用
只能同时分配给一个进程
互斥共享
宏观上同时访问、微观上交替访问
部分设备可以被同时访问 (扬声器)
同时共享
方式
共享Share
把物理上的实体变为若干逻辑上的对应物
虚拟存储器的“空分复用技术”
CPU的“时分复用技术”
虚拟Virtualization
进程的执行不是一贯到底的
进程的运行速度是不可预知的
异步Asynchronization
OS的特征C.S.V.A
主要问题：用户独占全机，人机速度矛盾导致资源利用率极低
纸带机
手工操作阶段
引入脱机输入输出技术由监督程序控制IO
主要问题：缺少并发性，IO效率还是很低
单道批处理系统
可以一次读入多个程序，引入并发性
标志OS的正式诞生
主要问题：缺少交互性
多道批处理系统
批处理阶段
以时间片为单位轮流为不同用户/作业服务
请求可以在一轮时间内得到响应
主要问题：不能响应紧急任务
分时操作系统
可以优先响应紧急任务，不需要排队
必须在时间内完成，否则会造成严重后果
硬实时系统
偶尔的超时是可以接受的
软实时系统
实时操作系统
网络操作系统
分布式操作系统
PC操作系统
外框
发展分类
操作系统概述
职业：暂无
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