操作系统概论

 

 

 

1.操作系统的目标与功能或者问什么是操作系统？

1）操作系统是计算机资源的管理者

①处理机管理（进程控制、进程同步、进程通信、死锁处理、处理机调度）

②存储器管理（提高内存利用率，内存的分配与回收、地址映射、内存保护与共享、内存扩充）

③文件管理（计算机中的信息都是以文件的形式存在的）

④设备管理（完成用户的I/O请求，方便用户使用设备、并提高设备的利用率）

 

2）操作系统为用户提供使用计算机硬件系统的接口

①命令接口（用户通过控制台或终端输入操作命令，向系统提供各种服务要求）

②程序接口（由 系统调用 组成，用户在程序中使用这些系统调用来请求操作系统为其提供服务）

③图形接口 最常见的 图形用户界面GUI （最终还是通过调用程序接口实现的）

 

3）操作系统用作扩充机器

没有任何软件支持的计算机称为裸机，实际呈现在用户面前的计算机系统是经过若干层软件改造的计算机。操作系统将裸机改造成功能更强、使用更方便的机器。我们就称其称为

扩充机器。

 

2.操作系统的运行机制

操作系统有两种指令，一个是特权指令，一个是非特权指令，而操作系统的处理机状态有两种，分别为核心态和用户态，其中特权指令只能在核心态的下运行。于此同时，操作系统有两种程序，一种为内核程序，一种为应用程序，其中，内核程序也只在核心态下运行。而处理机如何在核心态和用户态进行转换，是通过中断技术来实现的。

 

3.操作系统的体系结构

操作系统是由时钟管理，中断处理，原语以及对系统资源的管理所组成。而这也是大内核的组成元素，微内核是去除掉对系统资源管理这个元素所组成。大内核高性能，但是内核代码庞大，结构混乱。微内核结果清晰，但是需要频繁在内核态和用户态进行切换，性能较低。

 

4.中断和异常

中断也称为外中断，而外中断是外设请求或者人的干预所产生，其目的是为了支持cpu和设备之间的并行操作。而异常被称为内中断，其中内中断又可以分成三类：

1）陷入

2）故障

3）终止

陷入的意思是有意而为之的操作，比如说系统调用

而故障是指由错误条件引起的，有可能被故障处理程序修复的一种异常，比如说缺页

最后的终止是指不可恢复的致命错误造成的结果，比如说整数除以0

 

而我们的外中断的处理过程是这样子的：

1）关中断。即cpu接受到一个中断并且进行响应的时候，不应该再次响应其他中断请求，而应先保护好现场信息，然后再接受更高级的中断请求

2）保存断点：因为得保证中断服务程序执行完毕后能够正确的返回到原来的程序，比如说保存好pc值

3）引出中断服务程序：其实质就是取出中断服务程序的入口地址送入到程序计数器pc

4）保存现场和屏蔽字：即进入到中断服务程序后，首先要保存现场，现场信息一般是指程序状态字寄存器pswr和某些通用寄存器的内容

5）开中断。允许更高级的中断请求得到响应

6）执行中断服务程序。

7）关中断。保证在恢复现场和屏蔽字时不被中断

8）恢复现场和屏蔽字

9）开中断，中断返回。中断服务程序的最后一条指令通常是一条中断返回指令，使其返回到原程序的断点处，以便继续执行原程序。

 

5.系统调用

当用户程序想要使用到我们计算机系统的各种硬件资源的时候，是不可以让进程直接操作的。所有对这些资源的访问都必须由操作系统去控制。也就是说操作系统是使用这些资源的唯一入口，而这个入口是由操作系统提供的系统调用来获取。一般系统调用都是通过中断实现，也就是异常种类的陷入。其执行过程是:

1) 传递系统调用函数

2) 执行陷入指令

3) 执行系统调用响应服务程序

4) 返回用户程序