操作系统(https://blog.csdn.net/weixin_43914604/article/details/104415990)

操作系统的概念

  1. 系统最核心的软件,属于系统软件  
  2. 控制和管理整个计算机的硬件和软件
  3. 合理的组织、调度计算机的工作资源的分配
  4. 为用户和其他软件提供方便的接口和软件

操作系统的功能和目标

 

 

 (1)作为计算机系统资源的管理者

 主要任务:管理软硬件,合理地组织、调度计算机资源的分配

    • 处理机(CPU)管理
      在多道程序的环境下,cpu的分配与运行都以进程(线程)为基本单位,所以对CPU的管理可以理解为对线程的管理。主要功能包括:进程控制、进程通信、进程同步、处理机调度、死锁处理
    • 存储器管理(内存的管理)
      为多到程序提供良好的环境,方便用户使用并提高内存利用率,主要功能:
      内存的分配与回收,内存的保护与共享,内存扩充,地址映射
    • 文件管理(字面意思,计算机中所有信息都是以文件存在的)
      主要功能:文件存储空间的管理,目录管理,文件读写管理和保护
    • 设备管理
      完成用户的IO请求,方便用户利用各种设备,提高设备的利用率,主要功能:设备分配,设备处理,虚拟设备,缓存管理

(2)作为用户与计算机硬件之间的接口

操作系统的接口分为两类:命令接口(用户可以直接调用的)与程序接口(用户可以间接调用的)

    (1)命令接口(直接调用

      命令接口又分类两类:联机命令接口脱机命令接口

      (1.1)联机命令接口

      

 

       (1.2)脱机命令接口

       

    (2)程序接口(间接调用

      由一组系统调用(广义指令)组成,用户通过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,例如:桌面上删除一个文件,可以直接把文件拖拽进回收站

                 

 

 

(3)作为扩充机器(虚拟机)

 

  • 没有任何软件支持的计算机称为裸机
  • 覆盖了软件的机器称为扩充机器或者虚拟机

 

操作系统的特征(easy)

1.并发与并行
并发:两个或多个事件在同一时间间隔内发生,这些事件在宏观上是同时发生的,在微观上是交替发生的, 操作系统的并发性指系统中同时存在着多个运行的程序
并行:两个或多个事件在同一时刻发生
一个单核(CPU)同一时刻只能执行一个程序,因此操作系统会协调多个程序使他们交替进行(这些程序在宏观上是同时发生的,在微观上是交替进行的)
操作系统是伴随着“多道程序技术出现的”,因此操作系统和并发是一同诞生的
在如今的计算机中,一般都是多核cpu的,即在同一时刻可以并行执行多个程序

2.共享

资源共享即共享,是指系统中的资源可以供内存中多个并发执行的进程共同使用
共享分为两类:互斥共享同时共享
(1)互斥共享
计算机中的某个资源在一段时间内只能允许一个进程访问,别的进程没有使用权
临界资源(独占资源):在一段时间内只允许一个进程访问的资源,计算机中大多数物理设备及某些软件中的栈、变量和表格都属于临界资源,它们被要求互斥共享
举个例子:比如QQ和微信视频。同一段时间内摄像头只能分配给其中一个进程
(2)同时共享
计算机中的某个资源在在一段时间内可以同时允许多个进程访问
同时共享通常要求一个请求分为几个时间片段间隔的完成,即交替进行,“分时共享”
这里的同时指在宏观上是同时的,在微观上是交替进行访问的,只是cpu处理速度很快,我们感觉不到,在宏观上感觉是在同时进行
举个例子:比如QQ在发送文件A,微信在发送文件B,宏观上两个进程A和B都在访问磁盘,在我们看来是同时进行的,但是在微观上两个进程A和B是交替进行访问磁盘的,只是时间太短,cpu处理速度太快,我们感觉不到。
注意:有时候多个进程可能真的是在同时进行资源访问,比如玩游戏时可以放音乐,游戏声音和音乐声音都能听见

(3)并发性和共享性互为存在条件

 

 3.虚拟

多道复用技术:在内存中同时放入几个相互独立的程序,在管理程序的控制下,相互穿插的运行。两个或两个以上的程序同时处于开始到结束的状态,称为多道复用技术。多道程序运行的特征:宏观上并行,微观上串行

 异步:多道程序环境允许多个程序并发执行,但由于资源有限,如cpu只有一个,进程的执行并不是一贯到底的,而是走走停停的,它以不可预知的速度向前推进。

比如A进程正在占用CPU计算,B进程这时也想占用CPU计算,B进程只有等,等A进程算完了,A进程去访问磁盘资源了,这时B进程再占用CPU进行计算,B进程还没计算完,A进程从磁盘取出资源了,A进程发现B这时在占用CPU,这时A进程就需要等待,等B算完后再继续到CPU中进行计算。由于每个进程占用资源的时间不固定,所以进程的执行以不可预知的速度前进

 

 操作系统的发展与分类

 操作系统的运行机制和体系结构

 

 

操作系统内核在计算机系统中的层次结构

在这里插入图片描述

操作系统体系结构类比

在这里插入图片描述

操作系统用户态和核心态的转换

在这里插入图片描述

 

 中断与异常

 

 

系统调用

 

 

 库函数与系统调用的区别

 

 

 系统调用的执行过程

 

本文作者:YoProgrammer

本文链接:https://www.cnblogs.com/sakanayo/p/16693223.html

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