操作系统的基本概念

一、操作系统的概念

计算机系统的层次结构：

操作系统（operating system ，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，是计算机系统中最基本的系统软件。

二、操作系统的功能和目标

1、作为系统资源的管理者

2、作为用户和计算机硬件之间的接口

关于用户接口：

3、作为最接近硬件的层次

实现对硬件机器的拓展

三、操作系统的特征

1、并发

并发：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

（混淆概念——并行：指两个或多个事件在同一时刻同时发生）

for example：

2、共享

共享：系统中的资源可供内存中多个并发执行的进程共同使用

3、虚拟

虚拟：把一个物理上的实体变为若干个逻辑上的对应物。物理实体是实际存在的，而逻辑上对应物是用户感受到的。

for example：

①

虚拟技术中的空分复用技术。

②

虚拟技术中的时分复用技术。微观上处理机在各个微小的时间段内交替着为各个进程服务。

4、异步

异步：在多道环境程序下，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，而是走走停停的，以不可预知的速度向前推进，这就是进程的异步性。

for example：

只有系统拥有并发性，才有可能导致异步性。

没有并发和共享，就谈不上虚拟和异步，因此并发和共享是操作系统的最基本特征。

四、操作系统的发展和分类

五、系统调用

1、初识系统调用

系统调用是操作系统提供给应用程序使用的接口，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。

for example：

由此保证了系统的安全性和稳定性，系统调用会使处理器从用户态进入核心态

注：系统调用发生在用户态，对系统调用的处理发生在核心态

分类如下：

过程如下：

传递系统调用参数->执行陷入指令->执行系统调用相应服务程序->返回用户程序

注：执行陷入指令会产生内中断，使处理器从用户态进入核心态

2、与函数库的区别

六、操作系统的运行环境

1、运行机制

1.1、两种指令

1.2、两种处理状态

CPU如何判断当前是否可以执行特权指令呢？

1.3、两种程序

2、操作系统内核

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

3、体系结构

for example：

七、中断和异常

1、中断的概念和作用

本质：发生中断就意味着需要操作系统介入，开展管理工作，CPU会立即进入核心态。

中断可以使CPU从用户态切换到核心态，使操作系统获得计算机的控制器。因此，用户态->核心态是通过中断实现，且中断是唯一途径。

而核心态->用户态通过执行一个特权指令即可。

2、中断的分类

广义分类：

另外一种分类：

3、外中断的处理过程

• Step1:执行完每个指令之后,CPU都要检查当前是否有外部中断信号
• Step2:如果检测到外部中断信号,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)
• Step3:根据中断信号类型转入相应的中断处理程序
• Step4:恢复原进程的CPU环境并退岀中断,返回原进程继续往下执行