第一章 操作系统概述（个人复习笔记）尽量精简了

目录

• 第一章 操作系统概述
• • 01-概念功能和目标
  • • **①操作系统是系统资源的管理者**
    • **②向上层提供易用的服务**
    • 接口
    • **③最接近硬件的软件**
  • 02-操作系统的特征
  • • 2.1 并发
    • 2.2 共享
    • • 互斥共享方式
      • 同时共享方式
    • 2.3 虚拟
    • 2.4 异步
  • 03-操作系统的发展与分类
  • • 3.1 手工操作阶段
    • 3.2 批处理阶段——单道批处理系统
    • 3.2 批处理阶段——多道批处理系统
    • 3.3 分时操作系统
    • 3.4 实时操作系统
  • 04-操作系统运行机制
  • • 4-1 预备知识
    • 4-2 内核程序VS应用程序
  • 05-中断和异常
  • • • 5.1 内中断（异常）
      • 5.2外中断
    • 5.3中断机制基本原理
  • 06-系统调用
  • • 6-1什么是系统调用
    • 6-2系统调用和库函数的区别
    • 6-3小例子：系统调用存在的必要性
    • • 6-4系统调用按功能分类
    • 6-5系统调用的过程
  • 07-操作系统体系结构
  • • 操作系统的内核
    • 两种内核设计方法

第一章 操作系统概述

01-概念功能和目标

裸机->操作系统->应用软件->用户

①操作系统是系统资源的管理者

举例

使用qq的过程

1. 文件夹中找到求的位置————————文件管理

2. 打开qq（分配内存）—————————内存管理

3. 运行qq（分配处理机）————————处理机管理

4. 视频聊天（摄像头调用）———————设备管理

• 处理机管理
• 储存器管理
• 文件管理
• 设备管理

②向上层提供易用的服务

接口

• GUI

• 联机命令接口

  命令行 用户说一句系统做一句

• 脱机命令接口（批处理）

  .bat文件

• 程序接口（系统调用）

  可以在程序中系统调用来使用程序接口。程序代码间接使用

③最接近硬件的软件

操作系统让各个硬件组织起来，扩展

02-操作系统的特征

并发和共享是两个最基本特征，互为存在条件

2.1 并发

并发是两个事件同一时间间隔发生（宏观同时微观交替）

并行是同一时刻两个事件同时发生

注意

单核CPU同一时刻只能执行一个所以单核CPU各个程序只能并发的执行

多核（比如四核）同一时刻可以同时执行四个程序，四个程序并行

2.2 共享

指的就是资源被多个并发执行的进程共同使用

互斥共享方式

一个时间段内只允许一个进程访问

摄像头同一时间段只能给一个程序用

同时共享方式

允许一个时间段多个进程对她进行访问

同时访问文件宏观上是同时，微观上还是交替

2.3 虚拟

物理内存和实际运行的内容不符

虚拟技术中的空分复用技术 （4个G的内存玩8个G的游戏）（第三章重点）

时分复用技术，在一个时间段看似同时运行多个程序，实际上微观上在各个微小的时间段内交替着为各个进程服务

2.4 异步

并发运行时因为资源有限，并发的程序会互相等待，以不可预知的速度向前进行

03-操作系统的发展与分类

3.1 手工操作阶段

纸带机——超级慢

人机矛盾爆炸

3.2 批处理阶段——单道批处理系统

脱机输入/输出技术（用外围机+磁带）完成，有监督程序负责控制IO

缺点：程序串行运行，输入输出时间长。浪费CPU计算

3.2 批处理阶段——多道批处理系统

输入输出分离，一直CPU计算

缺点：不提供人机交互功能

3.3 分时操作系统

时间片为单位轮流服务

缺点：不能为紧急任务提供服务

3.4 实时操作系统

及时性可靠性

硬实时系统

软实时系统

04-操作系统运行机制

4-1 预备知识

c语——>机器指令

指令不是命令，指令是二进制的机器指令

4-2 内核程序VS应用程序

内核程序就是操作系统内核程序

普通程序员写的是应用程序

内核程序有特权指令

CPU生产时可以区分特权指令和非特权指令

CPU两种状态内核态，用户态

CPU有个寄存器叫程序状态寄存器（PSW）1为内核态（管态） 0为用户态（目态）

内核态可以执行特权指令修改PSW变成用户态

用户态执行了黑客的内核态的代码就会中断，硬件自动变态

操作系统将强行夺回CPU的使用权处理完之后在还回来

05-中断和异常

中断是操作系统内核夺回CPU使用权的唯一途径用户态——>内核态

有中断技术才能实施并发

内核态到用户态可以用特权指令自动修改PSW变态过去

用户态到内核态只能通过中断方式

5.1 内中断（异常）

与当前执行指令有关

• 例如：有特权指令被执行（终止）

• 例如：除以0，指令本身非法（终止）

• 例如：需要操作系统的内核服务，就执行陷入指令内部中断信 （陷入）

• 还有一种故障，例如缺页故障

5.2外中断

与当前执行指令无关

• 例如：时钟部件每隔一个时间片，发送一个时钟中断信 （并发）
• 例如：IO设备例如打印机输入输出任务完成通知CPU

CPU会在每个指令结束后看看有没有外中断

5.3中断机制基本原理

不同中断信 类型有不同的中断处理程序

通过“中断向量表”

06-系统调用

6-1什么是系统调用

底层接口，可供应用请求操作系统服务

6-2系统调用和库函数的区别

系统调用是比高级语言的库函数更接近底层

系统调用是操作系统提供的

高级语言是隐藏了系统调用细节

不是所有库函数都会使用系统调用。比如取绝对值，不涉及系统服务

6-3小例子：系统调用存在的必要性

两个人用打印机，。。

并发进程对共享资源的互斥访问时，内核通过合理调用系统调用就可以避免奇葩问题

6-4系统调用按功能分类

• 设备管理 请求释放启动
• 文件管理 读写创建删除
• 进程控制 进程的创建撤销阻塞唤醒
• 进程通信 进程之间的消息//信 传递
• 内存管理 完成内存分配/回收

6-5系统调用的过程

用户程序是用户态，提供完想要服务的参数发出一个陷入指令，CPU内中断变成内核态

调用陷入指令引发的中断程序，通过寄存器传的刚才给的参数判断要做到系统调用有哪些

07-操作系统体系结构

操作系统的内核

操作系统内部分为内核和非内核

原语：具有原子性，必须运行完才考虑产生的中断之类的

Ubuntu CentOS开发团队开发的都是非内核部分，用的都是Linux内核

两种内核设计方法

• 微内核：内核中只保留和硬件关系特别近的，无各种管理

  优点：内核功能少，结构清晰，方便维护

  缺点：管理那些东西都运行在用户态了，调用 各个管理都会变态，频繁的变态会让CPU变慢

• 大内核：把各个管理也加进来的大内核

  优点：高性能

  缺点：内核代码大，结构乱，难以维护

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