操作系统的基本概念|操作系统

操作系统的概念

1)操作系统是控制和管理整个计算机系统的硬件和软件资源&＃xff0c;并合理的组织调度计算机工作和资源分配&＃xff0c;以2)提供给用户和其他软件方便的接口环境&＃xff0c;他是计算机系统中最基本的3)系统软件。
(三个需要注意的点)

一、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

3.作为最接近硬件的层次

功能和目标&＃xff1a;实现对硬件机器的扩展
没有任何软件支持的计算机称为裸机&＃xff0c;在裸机上安装操作系统&＃xff0c;可以提供资源管理功能和方便用户的服务功能。
通常把覆盖了软件的机器称为扩充机器&＃xff0c;或虚拟机。

二、操作系统的特征

1.并发

并发&＃xff1a;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&＃xff0c;微观上是交替发生的。
并行&＃xff1a;两个或多个事件在同一时刻内同时发生。

2.共享

共享即资源共享&＃xff0c;指系统中的资源可以供内存中的多个并发进程同时使用

所谓“同时”往往是宏观的&＃xff0c;微观上&＃xff0c;可能交替地对资源进行访问。

3.虚拟

虚拟是指把一个物理实体变为若干逻辑上的对应物。物理&＃xff08;实体&＃xff09;是实际存在的&＃xff0c;而逻辑上对应物是用户感受到的。

4.异步

异步是指&＃xff0c;在多道程序环境下&＃xff0c;允许多个程序并发执行&＃xff0c;由于资源有限&＃xff0c;进程的执行不是一贯到底的&＃xff0c;而是走走停停&＃xff0c;以不可预知的速度向前推进&＃xff0c;这就是进程的异步性。

三、操作系统的发展和分类

1.手工操作阶段

2.单道批处理阶段

引入了脱机输入/输出技术&＃xff08;用磁带完成&＃xff09;&＃xff0c;并监督程序负责作业的输入和输出

3.多道批处理阶段

用户每次往内存中输入多道程序
操作系统正式诞生&＃xff0c;并且引入了中断技术&＃xff0c;由操作系统负责管理这些程序的运行

4.分时操作系统

计算机以时间片为单位轮流为各个用户/作业服务

5.实时操作系统

6.网络操作系统

7.分布式操作系统

8.个人计算机操作体系

四、运行机制

指令

指令&＃xff1a;处理机&＃xff08;CPU&＃xff09;能识别、执行的最基本命令

处理器状态

两种程序

五、操作系统内核

六、中断和异常

内中断另一个分类

发生中断就意味着需要操作系统介入&＃xff0c;开展管理工作。
由于操作系统的管理工作&＃xff08;如进程切换、分配I/O设备等&＃xff09;需要特权指令&＃xff0c;因此CPU需要从用户态转为和核心态&＃xff0c;中断可以使CPU从用户态切换为核心态&＃xff0c;使操作系统获得计算机的控制权。
有了中断&＃xff0c;才能实现多道程序的并发执行。

用户态—>核心态是通过中断来实现&＃xff0c;并且中断是唯一的途径
核心态->用户态的切换是通过执行一个特权指令&＃xff0c;将程序状态字&＃xff08;PSW&＃xff09;的标志位设置为“用户态”

六、系统调用

操作系统提供“系统调用”功能&＃xff0c;用户进程想要使用打印机这种共享资源时&＃xff0c;只能通过系统调用向操作系统发出请求&＃xff0c;操作系统会对各个请求进行协调管理。

应用程序通过系统调用请求操作系统的服务、系统中的各种共享资源都由操作系统同一掌管。因此在用户程序中&＃xff0c;凡是与资源有关的操作&＃xff08;内存分配、I/O操作、文件管理等&＃xff09;&＃xff0c;都必须通过系统调用的方式向操作系统提出服务请求&＃xff0c;由操作系统代为完成&＃xff0c;这样可以保证系统的稳定性和安全性。

系统调用相关处理涉及到对资源系统的管理、对进程的控制&＃xff0c;这些功能需要执行一些特权指令才能完成。因此系统调用相关处理需要在核心态完成。

系统调用和库函数的区别

系统调用背后的过程

1. 系统传递调用参数
2. 执行陷入指令&＃xff08;用户态&＃xff09;
3. 执行系统调用的相应服务程序&＃xff08;核心态&＃xff09;
4. 返回应用程序

注意

1. 陷入指令是在用户态执行的&＃xff0c;执行陷入指令后立即引发一个内中断&＃xff0c;从而CPU进入核心态
2. 发出系统调用请求是在用户态&＃xff0c;而对系统调用的相应处理是在核心态下进行
3. 陷入指令是唯一一个只能在用户态执行&＃xff0c;而不能在核心态执行的指令