【操作系统学习笔记01】

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操作系统的概念及功能#

管理系统资源。提供给用户和软件易用的接口和环境。是最接近硬件的软件

系统资源管理

1. 文件管理：略
2. 存储器管理：例 软件运行时的内存
3. 处理机管理：例 CPU资源分配
4. 设备管理：例 启用麦克风

向上提供的服务

1. GUI：略
2. 联机命令接口 / 交互式命令接口：提供一条命令，执行一条命令
3. 脱机命令接口 / 批处理命令接口：提供一堆命令，执行一堆命令
4. 程序接口：程序使用操作系统资源的唯一途径

2、3是用户可以直接使用的

操作系统特征#

1. 并发：多个事件同一时间间隔内宏观上同时发生，微观上交替发生
   • vs 并行：多个事件同一时刻同时发生
     • 单核CPU同一时刻只能运行一个程序，即只能并发
     • 多核CPU可以并行
2. 共享：多个并发进程共同使用资源
   • 互斥共享：一个时间段只允许一个进程访问
   • 同时共享：一个时间段内允许多个进程（微观上可能交替）
3. 虚拟：把一个物理商店实体变为若干逻辑上的对应物
   • 时分复用技术（虚拟处理器）
   • 空分复用技术（虚拟存储器）
4. 异步：略

操作系统发展与分类#

1. 手工操作阶段：写纸带
   • 缺点：独占使用，计算机空闲率高
2. 单道批处理系统：加快输入输出读写
   • 缺点：无并发，IO占比高
3. 多道批处理系统：支持并发
   • 缺点：无人机交互
4. 分时操作系统：时间片为单位轮流响应用户
   • 缺点：不能优先处理紧急任务
5. 实时操作系统：紧急任务不需要排队（及时性、可靠性）
6. 其它服务于特定业务场景的操作系统

操作系统运行机制#

操作系统指令分为特权指令（如内存清零），和非特权指令（如加减）。

• 内核程序可以运行特权指令，组成操作系统内核，是最接近硬件的部分
• 用户程序只能执行非特权指令

CPU有内核态和用户态两种状态，其状态由程序状态字寄存器（PSW）中的一个二进制位表示。
内核态可以执行特权指令，用户态不行。

• 内核态切用户态 依靠操作系统使用一条特权指令修改PSW标志位，主动让出CPU资源给用户程序。
• 用户态切内核态 依靠引发中断，CPU硬件检测到中断后变回内核态。（用户态中执行特权指令会引发中断）

中断#

• 内中断：与执行的指令有关，CPU触发，执行时检查
• 外中断：与执行的指令无关，外部触发，每个指令执行周期后检查

内中断

• 故障：内核程序可能可以修复，修复完还会交还使用权给应用程序
• 终止：内核程序无法修复，终止应用程序，如非法特权指令，整数除0等
• 陷入指令：应用程序执行，通过引发中断请求操作系统内核服务（系统调用）

外中断

• 时钟中断：实现并发的手段
• IO中断： 由IO设备发送

不同中断信号类型，对应不同的中断处理程序

系统调用#

与共享资源有关的操作必须通过系统调用，保证稳定性和安全性
过程：应用程序传参到寄存器，执行陷入指令（应用程序执行）