操作系统概述

• ​操作系统的概念（了解）

• ​特征

  • ​并发：注意区别并发和并行

  • ​共享

    • ​互斥共享

    • ​分时共享

  • ​虚拟

    • ​虚拟处理器：并发和分时复用

    • ​虚拟存储器：空分复用

    • ​虚拟设备：SPOOLing

  • ​异步:进程已不可知的速度向前推进，但必须保证多次运行都获得相同的结果

• ​功能

  • ​存储器管理

  • ​处理器管理

  • ​文件管理

  • ​设备管理

  • ​作为系统与用户之间的接口

• ​服务

  • ​命令接口

    • ​联机命令接口：用于分时或者实时系统，通过终端输入命令进行交互

    • ​脱机命令接口：用于批处理系统

    • ​GUI

  • ​程序接口

• ​发展

  • ​手工操作阶段

  • ​脱机输入输出“减少CPU等待时间，提高IO速度

  • ​批处理

    • ​单道批处理

      • ​内存中始终保持一道作业

      • ​特性

        • ​自动性：作业自动载入

        • ​顺序性：磁道上的作业顺序进入内存

        • 单道性：内存中只有一道程序

    • ​多道批处理

      • ​内存中同时存放几道相互独立的程序，宏观上并行，微观上串行

      • ​优点：资源利用率高，吞吐量大，CPU始终处于繁忙状态

      • ​缺点：响应时间长，缺乏交互

    • ​分时操作系统

      • ​采用时间片轮转法

      • ​特性

        • ​同时性：多个终端同时使用一台计算机

        • ​交互性：实现了人机交互

        • ​独立性：多个用户之间彼此独立，互不干扰

        • ​及时性：用户请求及时响应

    • ​实时操作系统

      • ​严格的时间限制内处理完请求

      • ​特点

        • ​及时性

        • ​可靠性

    • ​网络与分布式系统

      • ​资源共享与计算机通信

      • ​分布性和并行性

• ​运行环境

  • ​特权指令：是指计算机不允许用户直接使用的指令

  • ​内核

    • ​时钟管理：第一功能是计时，另外通过时钟中断的管理，可以实现进程的切换

    • ​中断机制

    • ​原语

      • ​处于操作系统的最底层，最接近硬件的部分

      • 运行具有原子性

      • ​运行时间比较短，而且调用频繁

      • ​定义原语直接的方法是关闭中断

    • ​系统控制的数据结构及处理：比如作业控制模块、进程控制模块等

  • ​用户态核心态

    • ​核心态的指令包括系统调用、时钟中断和原语操作指令

    • ​用户态转向核心态的一些例子

      • ​系统调用

      • ​发生一次中断

      • ​用户程序中产生了一个错误状态

      • ​用户程序中企图执行一条特权指令

      • ​由核心态返回用户态也是特权指令

  • ​中断异常

    • ​中断或者异常发生的时候，用户态立刻进入到核心态，这是通过硬件实现的

    • ​中断也称为外中断，参考下一专栏中的计算机组成原理学习

    • ​异常也称为外中断:来自CPU内部，不能被屏蔽

  • ​系统调用：指用户在程序中调用操作系统所提供的的一些子功能，系统调用可以视为公共子程序

• ​体系结构

  • ​无结构OS

  • ​模块化OS：易于维护设计

  • ​分层式OS：易于构造和调试

  • ​微内核

    • ​足够小的内核，采用CS结构，采用面向对象技术

    • ​优点

      • ​高可扩展

      • ​高可靠性

      • ​可移植性

      • ​融入面向对象技术

    • ​缺点：讲很多服务集中到用户态，服务间使用进程通信交换信息，影响系统效率