第一章

1.1 计算机系统的主要组成部分

• 计算机系统主要由硬件和软件两大部分组成；

1.2 计算机的一些常用术语

• 硬件：指计算机物理装置本身，它是计算机软件运行的基础；

• 软件：指与计算机系统操作有关的计算机程序、过程 、规则以及相关的文档资料的总称；

• 特权指令：计算机的指令集中的一类具有特殊权限的指令，只用于操作系统或其他系统软件，一般普通用户不能直接使用。主要用于系统资源的分配和管理；

• 核心态：处理机的一种运行模式。当执行操作系统程序时，处理机处于核心态。它由较高的特权，可以执行所有的指令，包括一般普通用户不能使用的特权指令，从而能对所有寄存器和内存进行访问、启动I/O操作等；

• 用户态：处理机的一种运行模式，用户程序在用户态下使用，权限较低，只能执行指令集中的非特权指令。

• 多道程序设计：内存中同时存放多道程序，在管理员的控制下交替执行，这些作业共享CPU和系统中的其他资源；

• 操作系统：控制和管理计算机系统内各种硬件和软件资源、有效地组织多道程序运行的系统软件，是用户和计算机之间的接口。

• 分时：指对时间的共享，在分时系统中，分时主要是指若干并发程序对CPU时间的共享

• 实时：表示”及时”或“即时”；

• 并发：之两个或多个活动在同一给定的时间间隔中进行；

• 并行：指两个或多个活动在同一时刻进行；

• 吞吐量：计算机在给定的一定时间内所能完成的工作量；

• 纯码：指在执行过程中，本身不做任何变化的代码，通常由指令和常数组成；

• 系统调用：是用户在程序中能以“函数调用”形式调用的、由操作系统提供的子功能的集合。每个子功能称为一条系统调用命令。他是操作系统对外的接口，是用户级程序取得操作系服务的唯一途径。

1.3 何为操作系统以及其功能

• 操作系统是控制和管理计算机内各种硬件和软件资源、有效的组织多道程序运行的系统软件，是用户和计算机之间的接口；
• 功能：
  • 存储管理；
  • 进程和处理机管理；
  • 文件管理；
  • 设备管理；
  • 用户接口；

1.4 操作系统的三种类型以及其特点

1. 多道批处理系统
   • 特点：1.多道；2.成批；
2. 分时系统
   • （4个）特点
     • 同时性：若干个用户同时上机使用计算机系统；
     • 交互性：用户能方便的0与系统进行人机对话；
     • 独立性：系统中各用户可以彼此独立操作，互不干扰或破坏；
     • 及时性：用户能够在很短的时间内得到系统的响应；
3. 实时系统
   • 特点：对时间的严格控制和对可靠性的严格要求；

1.5 操作系统的基本特征

• 共享；
• 并发；
• 异步性；
• 抽象性；

1.6 脱机/联机 I/O的概念

• 脱机I/O：指输出 /输入工作不受主机的直接控制，而由卫星机专门负责完成I/O,主机专门完成快速计算任务，从而两者可以并行操作。
• 联机I/O：指作业的输入、调入内存及结果的的输出都在CPU直接控制下执行；

1.7 操作系统为用户提供的三种接口以及其特点

• 程序接口
  • 特点：
    • 它是程序一级的接口，也称系统调用或者广义指令，是操作系统内核与用户程序、应用程序直接的接口；
    • 它位于操作系统内核的做高层，并且只能在核心态下执行；
    • 在Linux系统中，系统调用以C函数的形式出现；
• 命令行接口
  • 特点：
    • 它是操作系统与用户的交互界面；
    • 在提示符之后用户从键盘上输入命令，命令解释程序接受并解释这些命令，然后把它们传递给操作 系统内部的程序，执行相应的功能；
    • 这些命令及其解释程序都在用户态下运行，需要操作系统内核提供服务；
    • 在unix/Linux系统中，称为shell；
• 图形用户接口（图形用户界面）
  • 特点：
    • 用户上机最直观、方便的工具；
    • 利用鼠标、窗口、菜单、图标等图形界面工具，可以有效的使用系统服务和各种应用程序及实用工具；
    • 核外的用户接口程序，在用户态下使用；

1.8 操作系统的体系结构（4种）：

• 单体结构；
• 层次结构；
• 虚拟机结构；
• 客户-服务器结构；

1.9 多道程序设计的主要特点（3种）：

• 多道 - 内存中同时存放两道或者两道以上的程序，他们共享CPU和系统中的其他资源。
• 宏观上并行 - 在一个时间段内，多个作业都在同时执行；
• 微观上串行 - 在某一个时刻，只有一道作业真正在CPU上运行，即：各作业都在管理程序的控制下在一台计算机上交替的执行；

1.10 系统初启的一般过程

• 硬件检测；
• 加载引导程序；
• 初始化内核；
• 实现用户登录等。

1.11 操作系统在计算机系统中的地位

• 操作系统是裸机之上的第一层软件，只在核心态模式下运行，受硬件保护，与硬件关系尤为密切；
• 操作系统是整个计算机系统的控制管理中心，其他所有软件都建立在操作系统之上。
• 操作系统对他们具有支配权力，有为其运行建造必备环境；

1.12 处理机的核心态和用户态的定义，以及设计这两种状态的原因

• 用户态：用户程序在用户态下执行，权限比较低，只能执行指令集中非特权指令；
• 核心态：当执行系统程序时，处理机处于核心态，具有较高的特权，可以执行所有的指令，包括一些用户程序无法使用的特权指令，从而能对所有寄存器和内存进行访问、启动I/O操作等；
  • 设置两种状态的原因：
    • 为了保护操作系统程序，防止受到用户程序的损害；

1.13 只在核心态执行的指令

• 屏蔽所有中断；
• 设置时钟日期；
• 改变指令地址寄存器的内容；
• 启动打印；
• 清内存；

1.14 设计实时系统的考虑首要因素

• 处理各种事件的时间限制；

1.15 操作系统如何提供服务：

• 命令和数据输入/输出的管理；
• 内存的分配；
• 用户文件的管理；
• CPU的分配；
• 设备管理；

1.16 设计系统采用层次结构的好处：

• 结构关系清晰，提高系统的可靠性和安全性；
• 各层模块的功能明确，提高系统的可扩充性和可移植性；
• 各层间具有单向依赖性，增强系统的可维护性。
• 符合软件工程的思想，便于实施研制开发；

• 1.17 将计算机系统的组成部分按照层次结构排序

  • 用户；
  • 命令管理；
  • 作业管理；
  • 文件系统；
  • 内存管理；
  • 设备管理；
  • CPU调度；
  • P、V操作；
  • 裸机；

1.18 Unix系统所属的系统类型以及其核心结构

• UNix系统是多用户、多进程、多任务分时操作系统；
• Unix系统分为三层：
  • 内核：靠近硬件的底层，即UNix操作系统常驻内存部分；
  • shell层：核心外的中间层；
  • 应用层：最高层；

1.19 虚拟机结构的操作系统的优点和缺点

• 优点：
  • 实现对裸机的复用，可以有多个不同操作系统运行在同一物理硬件机器之上；
  • 提供一个比裸机更方便扩展界面的计算机；
  • 支持多道程序处理能力；
  • 多个不同操作系统的应用程序可以同时运行在同一个裸机之上，是研究操作系统技术的理想平台；
• 缺点：
  • 实现起来比较困难；要实现对底层硬件所有特性的完全模拟很困难；
  • 由于应用程序运行在各自的操作系统之上，系统的性能将会受到影响；

1.20 微内核模式设计系统的优点

• 精减核心的功能；
• 可移植性好；
• 可伸缩性好；
• 实时性好；
• 系统安全性好；
• 提供多线程机制，支持多处理器的体系结构和分布式系统及计算机网络；