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操作系统的基本概念
概念#xff08;定义#xff09;
功能和目标
资源的管理者
向上层提供服务
给普通用户的
给软件/程序员的
对硬件机器的拓展
操作系统的特征
操作系统的发展历程
操作系统的运行环境
操作系统的运行机制
中断和异常
中断的作用
中断的…目录
操作系统的基本概念
概念定义
功能和目标
资源的管理者
向上层提供服务
给普通用户的
给软件/程序员的
对硬件机器的拓展
操作系统的特征
操作系统的发展历程
操作系统的运行环境
操作系统的运行机制
中断和异常
中断的作用
中断的分类广义的中断
中断机制的基本原理
系统调用 操作系统的基本概念
概念定义
负责管理协调硬件、软件等计算机资源的工作为上层用户、应用程序提供简单易用的服务是一种系统软件 功能和目标
资源的管理者
处理机管理
存储器管理
文件管理
设备管理 向上层提供服务
给普通用户的
GUI用户图形界面命令接口 联机命令接口“雇主”说一句话“工人”做一件事脱机命令接口“雇主”将要“工人”做的事写在清单上“工人”按照清单命令逐条完成这些事 给软件/程序员的
程序接口即系统调用
对硬件机器的拓展
扩充机器
操作系统的特征
并发共享 互斥共享方式如摄像头设备的共享使用同时共享方式如硬盘资源的共享使用虚拟 空分复用技术如虚拟存储技术时分复用技术如虚拟处理器技术异步
并发是指两个或多个事件在同一时间间隔内发生。宏观上是同时发生微观上是交替发生。并行是指系统具有同时进行运算或操作的特性在同一时刻能完成两种或两种以上的工作。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两个最基本的特性。并发和共享两者之间互为存在的条件 资源共享是以程序的并发为条件的若系统不允许程序并发执行则自然不存在资源共享问题。若系统不能对资源共享实施有效的管理则必将影响到程序的并发执行甚至根本无法并发执行。 操作系统的发展历程 要重点关注和理解各类操作系统主要想解决什么问题各自的优缺点。 手工操作阶段 缺点人机速度矛盾 批处理阶段 单道批处理系统引入脱机输入输出技术 优点缓解人机速度矛盾缺点资源利用率依然很低多道批处理系统操作系统开始出现 优点多道程序并发进行资源利用率高缺点不提供人机交互功能 分时操作系统 优点提供人机交互功能缺点不能优先处理紧急任务 实时操作系统 硬实时系统 必须在绝对严格的规定时间内完成处理软实时系统 能接受偶尔违反事件规定优点能优先处理紧急任务网络操作系统分布式操作系统个人计算机操作系统 操作系统的运行环境
操作系统的运行机制 “指令”就是处理器CPU能识别、执行的最基本命令。很多人习惯把Linux、Windows、MacOS的“小黑框”中使用的命令也称为“指令”其实这是“交互式命令接口”。要于前面提到的二进制机器指令的区别。 简单了解程序的运行原理 高级语言编写代码 → 机器指令程序运行的过程就是CPU执行指令的过程两类程序 内核程序应用程序两类指令 特权指令非特权指令两种处理器状态 内核态/核心态/管态用户态/目态 内核程序 → 特权指令 → 内核态 内核 内核Kernel是操作系统最重要的核心的部分由很多内核程序组成操作系统内核 如何变态 内核态 → 用户态一条修改PSW特权指令用户态 → 内核态由中断引起硬件自动完成 中断和异常
中断的作用
让操作系统内核态强行夺回CPU的控制权使CPU从用户态变为内核态 中断的分类广义的中断
内中断异常 与当前执行的指令有关中断信号来自CPU内部自陷Trap由陷入指令引发是应用程序故意引发的故障Fault由错误条件引起的可能被内核程序修复。内核程序修复故障后会把CPU使用权还给应用程序使其继续运行。终止Abort由致命错误引起内核程序无法修复该错误因此一般不再将CPU使用权还给引发终止的应用程序而是直接终止该应用程序。外中断“中断”狭义的 与当前执行的指令无关中断信号来自CPU外部时钟中断I/O中断请求 中断机制的基本原理
检查中断信号 内中断CPU在执行命令时会检查是否有异常发生外中断每个指令周期末尾CPU都会检查是否有外中断信号需要处理找到相应的中断处理程序 通过“中断向量表”实现 系统调用 什么是系统调用操作系统对应程序/程序员提供的接口。 系统调用与库函数的区别 有的库函数是对系统调用的进一步封装有的库函数没有使用系统调用 什么功能要用系统调用实现 设备管理文件管理进程控制进程通信内存管理 凡是与共享资源有关的操作、会直接影响到其他进程的操作就一定需要操作系统的介入就需要通过操作系统调用来实现 系统调用的过程 传参陷入指令/Trap/访管由操作系统内核程序处理系统调用请求返回应用程序
