操作系统期末复习笔记&&操作系统概述

操作系统概述

参考视频：https://www.bilibili.com/video/BV1ju6TYHEKU/?spm_id_from=333.1007.top_right_bar_window_history.content.click&vd_source=f6bba7d22d3f0c21aed21e64675959b0

1.操作系统

操作系统是系统软件程序，提供一个让用户与系统交互的操作界面。

习题

1. 操作系统是对 **（计算机资源）**进行管理的软件。

2. 批处理作业必须具有作业控制信息。

3. 分时系统具有人机交互功能（优点）。

4. 分时系统无法优先处理紧急事务，实时系统可以做到立即响应。

5. 分时是通过多程序或多任务将计算资源分配给许多用户，用户无法独占。

2.操作系统特征

并发：两个/多个活动在同一给定**时间间隔（时间段）**中进行

共享：计算机系统中的资源被多个进程所共用。

异步：进程以不可预知的速度向前推进。

虚拟：把一个物理上的实体变为若干个逻辑上的对应物

​ （把硬件给抽象出来）。

并发、共享两者互为存在条件。

• 并发->同一时间间隔（两队一咖啡机）
• 并行-> 同一时刻（两队两咖啡机）

3.操作系统功能

1. 处理机管理：进程控制、进程同步、进程通信、死锁处理、处理机调度等。
2. 存储器管理：内存分配、地址映射、内存保护与共享、内存扩充等。
3. 文件管理：文件存储空间的管理、目录管理、文件读写和保护等。
4. 设备管理：缓冲管理、设备分配、设备处理和虚拟设备等。

习题

1. 操作系统的主要功能：处理机管理，存储器管理，设备管理，文件管理，用户接口。

2. 操作系统关心的主要问题：

   管理计算机裸机；

   设计、提供用户程序与计算机硬件系统的界面；

   管理计算机系统资源；

   高级程序设计语言的编译器（错）。

4.操作系统历程

1. 单道批处理阶段：

   • 优点（环节人机速度矛盾）
   • 缺点：系统资源利用率依然很低

2. 多道批处理阶段：

   • 多道程序并发执行，资源利用率高
   • 缺点：不提供人机交互能力

3. 分时操作系统（不可插队，有了人机交互）

   • 提供人机交互
   • 缺点：不能优先处理紧急事务

4. 实时操作系统（可以插队）

   • 硬实时系统：必须在被控制对象规定实践内完成
   • 软实时系统：可以松一些
   • 优点：能优先处理紧急任务；
     • 从可靠性看，实时操作系统更强
     • 交互性看，分时操作系统更强

习题

1. **（实时系统）**的主要特点是提供即使响应和高可靠性。例如航空订票、银行业务。
2. 分时系统，时间片一定，（用户数越多），响应时间越长。
   • 分析：分时系统指的是多个用户分享使用同一台计算机，每个用户分到的时间片固定->每个用户只能使用计算机固定的时间（eg:网吧上网定时）
   • 分时系统与用户密不可分

5.基本概念

1. 特权指令：不允许用户程序使用，只允许操作系统使用，Eg：IO指令，中断指令
2. 非特权指令：普通的指令
3. 内核程序：系统的管理者，可执行一切指令、运行在核心态
4. 应用程序：普通用户程序只能执行非特权指令，运行在用户态

6.处理机状态

• 用户态（目态）、CPU只能执行非特权指令
• 核心态（管态、内核态）：可以执行所有指令
• 用户态到核心态：通过中断（是硬件完成）
• 核心态到用户态：特权指令psw的标志位，0用户态，1核心态

7.原语

• 处在操作系统的最底层，是最接近硬件的部分
• 这些程序的运行具有原子性，其操作只能一气呵成
• 这些程序的运行时间都较短，而且调用频繁

8.中断、系统调用、体系结构

• 内中断（异常，信号来自内部）

  • 自愿中断：指令中断

  • 强迫中断：硬件中断、软件中断（eg:0/0)

• 外中断（中断，信号来自外部）：外设请求，人工干预（打印机）

• 系统调用程序给程序按（应用程序）提供的唯一接口，可获得OS服务，在用户态发生核心态处理

• 体系结构：大内核、内微核

  • 大内核
  • 微内核
    

习题

1. CPU处于核心态时，它可以执行的指令是**（除“访管”指令的全部指令）**

   • 访管指令是在用户态使用，指的是用户自愿进入核心态。
   • 核心态，可执行特权指令、非特权指令

2. （操作系统）程序可执行特权指令。

3. 处理器执行的指令分为两类，其中一类叫特权指令，只允许（操作系统）使用。

4. 核心态->用户态 的转换是由操作系统程序执行后完成的，用户态->核心态 的转换是由硬件完成的。

5. CPU执行操作系统代码是，处理器处于核心态。

6. 特权指令只能在**核心态（系统态）**下执行，若用户态下执行则是非法指令。