操作系统笔记

概念，功能和目标

进程是程序的执行过程，执行前要把程序先放到内存

操作系统作为资源的管理者的功能

操作系统作为用户和硬件的接口的功能

命令接口：允许用户直接使用

程序接口：允许用户通过程序简介使用

GUI：现代操作系统中最流行的图形用户接口

命令接口分为：联机命令接口和脱机命令接口

联机命令接口称为交互式命令接口

脱机命令接口称为批处理命令接口

bat文件

dll文件，系统调用

系统调用被称为广义指令

用户可以使用形象的图形界面进行操作

在纯硬件的基础上实现什么功能

操作系统的特征

并发和共享是最基本的特征

并发

两个或者多个时间在同一时间间隔内发生，宏观上是同时发生，微观上是交替发生

与并行不同，并行不存在交替

操作系统伴随着“多道程序技术”而出现的

共享

资源共享，是指系统中的资源中多个并发执行的进程同事使用

分为互斥共享方式和同时共享方式

虚拟

是指把一个物理上的实体变为若干个逻辑上的对应物。物理实体是存在的，而逻辑上的对应物是用户感受到的

空分复用技术（如虚拟存储器技术）

时分复用技术（如虚拟处理器）

没有并发性，就谈不上虚拟性

异步

在多道程序环境下，允许多个程序并发执行，但由于资源有限，进程的执行不是一贯到底的，而是走走停停，以不可预知的速度向前推进

并发和共享的关系

失去了并发性共享性也就失去了意义

失去了共享性，无法实现并发

两者互为存在条件

操作系统的发展和分类

1.手工操作阶段

打孔表示1，不打孔表示0

用户独占全机，人机速度矛盾导致资源利用率极低

2.单道批处理系统（操作系统的雏形）

纸带通过外围机进入磁带，并监督程序负责控制作业的输入，输出

缓解了人机速度矛盾，资源利用率提升

内存中只能有一道程序运行，资源利用率依然很低

3.多道批处理系统

操作系统正式诞生，并引入了中断技术，由操作系统负责管理这些程序的运行

资源利用率大幅提升

用户相应时间长，没有人机交互功能

4.分时操作系统

计算机以时间片为单位，轮流为各个用户作业服务，各个用户可以通过终端与计算机交互

解决了人机交互问题

不能优先解决一下紧急任务

5.实时操作系统

能够优先响应一些紧急的任务，某些紧急任务不需要时间片排队

主要特点是及时性和可靠性

分为硬实时操作系统和软实时操作系统

6，网络操作系统

7.分布式操作系统

8.个人计算机操作系统

操作系统的运行机制与体系结构

1.

什么是指令

机器语言指令

2.

有的指令没有影响，加减乘除

有的指令有很高的权限，比如：内存清零指令，如果用户程序可以使用这个指令。就意味着一个用户可以将其他用户的内存数据随意清零，这样做显然是很危险的

指令分为特权指令和非特权指令

特权之灵不允许普通用户使用

3.

CPU如何判断是否可以执行特权指令

分为两种处理器状态：用户态（目态）和核心态（管态）

4.

用程序状态寄存器PSW中的某个标志位来标识当前处理器处于什么状态，0为用户态，1为管态

5.

两种程序：

内核程序：运行在核心态

应用程序：运行在用户态，只执行非特权指令

6.

最接近裸机的不部分是内核

7.

分为时钟处理，中断处理和原语（设备驱动，CPU切换等）

8.

时钟管理实现计时功能

原语是最接近硬件的部分，这种程序的运行具有原子性，只能一起呵成买不可中断

9.

操作系统的内核可能还有：进程管理，存储器管理，设备管理

不同的操作系统，内核的功能可能不一样

10.

操作系统体系结构可以分为大内核和微内核

11.

大内核优点是有高性能

缺点是内核代码庞大，结构混乱，难以维护

微内核的优点是内核功能少，结构清晰，方便维护

缺点是需要频繁地在核心态和用户态之间切换，性能低

中断和异常

中断

中断机制的诞生

早期各个程序只能串行执行，系统资源利用率低

发生中断意味着操作系统的介入，开展管理工作

中断的概念和作用

中断的分类

内中断（异常）

称为异常，例外，陷入

CPU内部，与当前执行的指令有关

外中断

简称为中断，是狭义的中断

CPU外部，与当前执行的指令无关

分为自愿中断和强迫中断

强迫中断分为

硬件故障（如：缺页）和软件中断（如：除0）

外中断的处理过程

发生中断就意味着需要操作系统的介入，开展管理工作

当中断发生时，CPU立即进入核心态

进程暂停运行，操作系统内核对中断进行处理

用户态和核心态的切换是怎么实现的

进入核心态通过中断实现的，中断是唯一途径

进入用户态是通过执行一个特权指令，将程序状态字PSW的标志设置为“用户态”