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目录
1. OS概念、功能和目标
1.1 结合生活经验理解计算机系统的层次结构
1.2 OS概念
?1.3 OS功能和目标
2.OS特征
2.1 并发
2.2 共享
2.3 虚拟
2.4 异步
3.OS发展与分类
3.1 人工操作方式
3.2 批处理阶段——单道批处理系统
3.3 批处理阶段——多道批处理系统
3.4 分时系统
3.5 实时操作系统
3.6 其他
4.OS运行机制和体系结构
4.1 运行机制
4.2 OS体系结构
5.中断和异常
5.1 中断的概念与作用
5.2 中断（广义）的分类
6.系统调用
6.1 含义
6.2系统调用与库函数的区别
6.3 系统调用背后的过程
1. OS概念、功能和目标
思维导图
1.1 结合生活经验理解计算机系统的层次结构
1.2 OS概念
OS是指控制和管理整个计算机系统的硬件和软件资源，并合理地组织调度计算机的工作和资源的分配，以提供给用户和其他软件方便的接口和环境，它是计算机系统中最基本的系统软件。
OS作用（5个功能）：
1）OS作为计算机系统资源的管理者
提供的功能：①处理机管理、②存储器管理、③文件管理、④设备管理
2）OS作为用户与计算机硬件系统之间的接口
提供的功能：⑤提供了“用户与OS的接口”
?命令接口：允许用户直接使用；
?程序接口（系统调用）：用户通过程序间接使用；
GUI：现代OS中最流行的图形用户接口
3）OS实现了对计算机资源的抽象
完全无软件的计算机系统被称为裸机。在裸机上安装的操作系统，可以提供资源管理功能和方便用户的服务功能，将裸机改造成功能更强、使用更方便的机器。（封装与抽象）
通常把覆盖了软件的机器成为扩充机器，又称之为虚拟机。
2.OS特征
并发、共享、虚拟、异步是OS的四个基本特征，并发、共享是最基本的特征，二者互为存在条件。
2.1 并发
并发：指两个或多个事件在同一时间间隔内发生。这些事件宏观上是同时发生的，但微观上是交替发生的。
常考易混概念—―并行：指两个或多个事件在同一时刻发生。
一个单核处理机（CPU)同一时刻只能执行一个程序，因此操作系统会负贡协调多个程序交替执行（这些程序微观上是交替执行的，但宏观上看起来就像在同时执行)。事实上，操作系统就是伴随着“多道程序技术”而出现的。因此，操作系统和程序并发是一起诞生的。
当今的计算机，一般都是多核CPU，比如Intel的第八代i3处理器就是4核CPU，这意味着同一时刻可以有4个程序并行执行，但是操作系统的并发性依然必不可少。当代人使用计算机绝对有4个以上的程序需要同时工作。
2.2 共享
共享即资源共享，是指系统中的资源可供内存中多个并发执行的进程共同使用。
1）互斥共享方式
含义：系统中的某些资源，虽然可以提供给多个进程使用，但一个时间段内只允许一个进程访问该资源。
实例:
互斥共享方式:使用QQ和微信视频。同一时间段内摄像头只能分配给其中一个进程。
2）同时共享方式
含义：系统中的某些资源，允许一个时间段内由多个进程“同时”对它们进行访问。所谓的“同时”往往是宏观上的，而在微观上，这些进程可能是交替地对该资源进行访问的〈即分时共享)。
实例：
同时共享方式:使用QQ和微信同时发送文件B。宏观上看，两边都在同时读取并发送文件，说明两个进程都在访问硬盘资源，从中读取数据。微观上看，两个进程是交替着访问硬盘的。
2.3 虚拟
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（前者）是实际存在的，而逻辑上对应物（后者)是用户感受到的。
时分复用技术 空分复用技术
2.4 异步
异步是指，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，这就是进程的异步性。
注：只有系统存在并发性，才会导致虚拟和异步性
3.OS发展与分类
思维导图（?绿框）
3.1 人工操作方式
3.2 批处理阶段——单道批处理系统
引入脱机输入/输出技术（用磁带完成)，并监督程序（OS雏形）负责控制作业的输入、输出。
优点:缓解了一定程度的人机速度矛盾，资源利用率有所提升。
缺点:内存中仅能有一道程序运行，只有该程序运行结束之后才能调入下一道程序。CPU有大量的时间是在空闲等待I/O完成。资源利用率依然很低。
注：I(输入）C（计算）O（输出） 只能串行工作 。
3.3 批处理阶段——多道批处理系统
优点:多道程序并发执行，共享计算机资源。资源利用率大幅提升，CPU和其他资源保持“忙碌”状态，系统吞吐量增大。
缺点:用户响应时间长，没有人机交互功能（用户提交自己的作业之后就只能等待计算机处理完成，中间不能控制自己的作业执行)。
注：I(输入）C（计算）O（输出） 可以并行工作 ，故资源利用率大幅提升。
3.4 分时系统
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，各个用户可通过终端与计算机进行交互.。
优点:用户请求可以被及时响应，解决了人机交互问题。允许多个用户同时使用一台计算机，并且用户对计算机的操作相互独立，感受不到别人的存在。
缺点:不能优先处理一些紧急任务。操作系统对各个用户/作业都是完全公平的，循环地为每个用户/作业服务一个时间片，不区分任务的紧急性。
3.5 实时操作系统
优点:能够优先响应一些紧急任务，某些紧急任务不需时间片排队。
在实时操作系统的控制下，计算机系统接收到外部信 后及时进行处理，并且要在严格的时限内处理完事件。实时操作系统的主要特点是及时性和可靠性。
3.6 其他
络操作系统:是伴随着计算机 络的发展而诞生的，能把 络中各个计算机有机地结合起来，实现数据传送等功能，实现 络中各种资源的共享(如文件共享）和各台计算机之间的通信。(如: Windows NT就是一种典型的 络操作系统， 站服务器就可以使用)
分布式操作系统:主要特点是分布性和并行性。系统中的各台计算机地位相同，任何工作都可以分布在这些计算机上，由它们并行、协同完成这个任务。
个人计算机操作系统:如 Windows 11、Macos等，方便个人使用。
4.OS运行机制和体系结构
思维导图
4.1 运行机制
最常考知识点:
1）特权指令只能在核心态下执行
2）内核程序只能在核心态下执行
3）核心态、用户态之间的切换（该切换是由中断实现的，且中断是唯一途径）
4.2 OS体系结构
内核是计算机上配置的底层软件，是操作系统最基本、最核心的部分。实现操作系统内核功能的程序就是内核程序。
5.中断和异常
5.1 中断的概念与作用
1）当中断发生时，就意味着需要操作系统介入，开展管理工作。由于操作系统的管理工作（比如进程切换、分配I/O设备等）需要使用特权指令，因此CPU要从用户态转为核心态。
2）当中断发生后，当前运行的进程暂停运行，并由操作系统内核对中断进行处理
3）对于不同的中断信 ，会进行不同的处理
4）有了中断，才能实现多道程序并发执行。
遗留问题:用户态、核心态之间的切换是怎么实现的/p>
“用户态→核心态”是通过中断实现的。并且中断是唯一途径。
“核心态→用户态”的切换是通过执行一个特权指令，将程序状态字(PSW）的标志位设置为“用户态”
5.2 中断（广义）的分类
思维导图
第一种分类
外中断的处理过程
Step 1:执行完每个指令之后，CPU都要检查当前是否有外部中断信
Step 2:如果检测到外部中断信 ，则需要保护被中断进程的CPU环境（如程序状态字PSW、程序计数器PC、各种通用寄存器)
Step 3:根据中断信 类型转入相应的中断处理程序
Step 4:恢复原进程的CPU环境并退出中断，返回原进程继续往下执行
6.系统调用
6.1 含义
“系统调用”是操作系统提供给应用程序（程序员/编程人员）使用的接口，可以理解为一种可供应用程序调用的特殊函数，应用程序可以发出系统调用请求来获得操作系统的服务。
系统调用相关处理涉及到对系统资源的管理、对进程的控制,这些功能需要执行一些特权指令才能完成，因此系统调用的相关处理需要在核心态下进行。
6.2系统调用与库函数的区别
6.3 系统调用背后的过程
tips：凡是与资源有关的操作、会直接影响到其他进程的操作,一定需要操作系统介入，即需要通过系统调用来实现。
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