操作系统（一）--计算机系统概述

操作系统大的方面主要也就分为

　　1背景知识介绍

　　 2进程有关问题：同步互斥、饥饿死锁等问题

　　 3内存管理有关问题：虚拟内存、调度问题

　　4以及输入输出文件模块

这儿首先对操作系统的做一个总的概述 主要记录背景知识模块

 

基本构成：计算机主要有四个构件：

　　　　　　　　 处理器：CPU

　　　　　　　　 内存(易失性)

 　　　　　　　　输入输出模块

　　　　　　　　 系统总线(在另外三个模块间通信的设施)

指令的执行：程序的执行是不断重复取指令和执行指令的过程组成的   取到的指令和数据分别保存在对应的寄存器中

　　　　　　　　执行指令可以分为：

　　　　　　　　　　处理器-存储器 间的数据传送

　　　　　　　　　　处理器-I/O 间的数据传送

　　　　　　　　　　数据处理

　　　　　　　　　　控制 （改变执行顺序 例如while和for循环）

中断：其他模块（I/O 存储器）中断处理器正常处理过程的机制

　　　　　　　　分类：

　　　　　　　　　　程序中断：由于程序员的原因 程序执行出错 比如3/0 算术溢出等

　　　　　　　　　　时钟中断：轮到该程序执行的事件片已用完

　　　　　　　　　　I/O中断：I/O控制器通知 I/O操作的正常完成或者错误条件

　　　　　　　　　　硬件失效中断：比如拔掉电源

　　　　　　　　时间上分：

　　　　　　　　　　短I/O等待：I/O执行时间较短 当I/O操作完成时 CPU立即返回处理

　　　　　　　　　　长I/O等待：I/O执行时间较长 一般是CPU再次需要I/O操作时 在来处理

　　中断处理：设备发送中断信号->处理器结束当前指令执行 并响应中断->处理器检查并给提交中断的设备发送确认信号->CPU保存当前进程的程序状态子PSW和程序计数器PC压入栈->根据中断 加载新的PC值->保存剩余处理状态信息->处理中断->恢复中断状态信息->恢复旧的PSW和PC值

　　多个中断情况：正在处理一个中断时，又发生了一个或多个中断 此时有两种处理方法

　　　　　　　　　　第一种：处理一个中断时、禁止再有中断发生 当再有中断发生时 不去理会 中断将被挂起

　　　　　　　　　　第二种：定义中断优先级 处理一个中断时 当又发生中断的优先级大于当前 则处理新的中断

 

存储器的层次结构--总是跟 容量 价格 速度有关

　　存储器层次结构金字塔：　　板上处理器（寄存器、高速缓存、内存）

　　　　　　　　　　　　　板外处理器（磁盘）

　　　　　　　　　　离线处理器（磁带）（..这个从上到下光看左边还是有点像金字塔的...）

　　　　　　　　　　

　　　　　　　　　　从上到下：价格、访问速度、访问概率递减 容量递增    

　　　　　　　　　　板上处理器都是易失性的　　　　　　　　　

　　高速缓存：处理器和内存的速度不匹配 并且近年来处理器速度的提高一直快于内存速度的提高 导致了利用局部性原理的高速缓存出现

　　　　　　　　　　若处理要访问的字在高速缓存中将直接传递给处理器;否则将包含这个字的块装入高速缓存中 然后将字传递给处理器

　　　　　　　　　　设计问题：

　　　　　　　　　　　　高速缓存大小 块大小 高速缓存级数

　　　　　　　　　　　　映射函数：内存中读的块放在高速缓存的哪个部分

　　　　　　　　　　　　置换函数：高速缓存已满时如何置换

　　　　　　　　　　　　写策略：块上的数据改变时 何时写回内存

直接内存存取

　　执行I/O操作方式：

　　　　　　　　　　　　可编程I/O：I/O模块执行请求动作并设置I/O状态寄存器中相应的位 但不通知处理器 等处理器执行完定期检查I/O模块状态

　　　　　　　　　　　　中断驱动I/O：将打断处理器的执行并请求服务

　　　　　　　　　　　　直接内存存取（DMA）：由系统总线中的一个独立模块完成  处理器读或写一块数据时给MDA一条命令 之后的过程不需要处理器参与

 

多处理器和多核

　　对称多处理器（SMP）

　　特点：1具有两个以上处理器

　　　　2处理器共享内存和I/O设备  处理器共享对I/O设备的访问

　　　　3所有处理器执行相同的功能（称之为对称）

　　　　4整个系统由统一的操作系统控制

　　交互的基本单元可以为单个数据 而多处理器系统中物理单元是一个消息或文件

　　相对单处理器优点：性能更好 可用性 渐增势成长 可伸缩性

　　SMP中的多个处理器都含有自身的控制单元、算术逻辑单元、和寄存器  同时也会有告诉缓存一致性问题

　　多核处理器：计算机将多个处理器组装在同一块硅里面