【操作系统复习】408王道视频总结第一章：计算机系统概述

最新推荐文章于 2023-06-02 22:57:04 发布

泡芙lili

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分类专栏：操作系统

本文链接：https://blog.youkuaiyun.com/Tangli_yzy/article/details/113737141

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这篇博客总结了操作系统的基本概念，包括其作为资源管理者和用户接口的角色，以及并发、共享、虚拟和异步四大特征。文章详细阐述了操作系统的历史发展，从手工操作到批处理、分时和实时系统，强调了中断和异常在操作系统中的作用，以及系统调用与库函数的区别。此外，还提及了操作系统内核和程序状态的概念。

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这是我自己看王道系列视频总结的，我是在专注笔记里写好然后粘过来的（给大家安利专注笔记，是我用过无数笔记软件后留下的😂），需要原笔记文件的可以给我评论哈

第一章计算机系统概述总结：https://blog.youkuaiyun.com/Tangli_yzy/article/details/113737141

第二章进程管理总结：https://blog.youkuaiyun.com/Tangli_yzy/article/details/113772355

计算机系统概述

操作系统管理系统资源（硬件和软件）
- 执行一个程序之前需要将该程序相关数据放在内存中，才能被CPU处理
- 资源的管理者(2-4章)
操作系统提供给上层（用户和其他软件）方便的接口和环境
- 封装思想：操作系统把硬件功能封装成简洁易用的服务，用户无需关心底层硬件的原理，只需要对操作系统发出命令即可
- 服务：
  - GUI：图形化用户接口
  - 狭义的用户接口
    - 命令接口
      - 联机命令接口=交互式命令接口
      - 脱机命令接口=批处理命令接口 .bat文件
    - 程序接口：程序员--库函数--程序接口（一系列系统调用/广义指令）--硬件
操作系统是一种系统软件，功能和目标：需要实现对硬件机器的拓展（扩充机器/虚拟机）
操作系统四特征：
- 并发
  - 并发是宏观上同时发生，并行是同一时刻同时发生单核CPU：并发；多核CPU：并行
  - 操作系统和程序并发（多道程序技术）是一起诞生的
- 共享：资源共享
  - 互斥共享：一个时间段内只允许一个进程访问该资源如摄像头
  - 同时共享：允许一个时间段内由多个进程同时（宏观）访问如硬盘资源
- 并发和共享的关系：互为存在条件并发和共享是操作系统的最基本的特征
- 虚拟：物理上的实体--逻辑上的对应物
  - 空分复用技术（虚拟存储技术）
  - 时分复用技术（虚拟处理机技术）
  - 没有并发性就谈不上虚拟性
- 异步：在多道程序环境下，允许多个程序并发执行，但由于资源有限，进程的执行不是一贯到底的，而是走走停停，以不可预知的速度向前推进。没有并发性就谈不上异步性，只能串行。
操作系统的历史
- 手工操作阶段：
  - 用户独占全机
  - 人机速度矛盾--资源利用率极低
- 批处理阶段：
  - 单道批处理系统
    - 引入脱机输入/输出技术，并由监督程序（os的雏形）负责控制作业的输入/输出
    - 内存中只能用一道程序运行，CPU有大量的时间在空闲等待IO，资源利用率依然很低
  - 多道批处理系统：操作系统诞生
    - 多道程序并发执行，共享计算机资源，资源利用率大幅提升
    - 没有人机交互系统（无法调试和在运行过程中输入参数）
- 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，解决了人机交互问题；不能优先处理紧急任务
- 实时操作系统：能优先处理紧急任务及时性，可靠性
  - 硬实时系统：导弹控制系统
  - 软实时系统：12306
操作系统的运行机制
- 两种指令：CPU能够区分
  - 特权指令：影响重大，只允许os内核使用
  - 非特权指令：应用程序只能使用非特权指令
- 两种CPU状态（CPU中程序状态字寄存器PSW标记状态）
  - 核心态/内核态/管态：此时正在运行内核程序，可以执行特权指令
  - 用户态/目态：此时正在运行应用程序，执行非特权指令
  - 两种状态的切换：
- 两种程序
  - 内核程序：
    - 操作系统内核kernel，内核是os最重要最核心的部分，也是最接近硬件的部分
  - 应用程序：普通程序员写的
中断和异常：
- 中断的作用：使CPU由用户态变为内核态（唯一的方式），使os夺回对CPU的控制权；如果没有中断，那么一旦应用程序在CPU上运行，CPU就会一直运行它，并发也就不存在了
- 中断的类型
  - 内中断/异常：与当前执行的指令有关，中断信号源于CPU内部
    - trap 陷入指令/访管指令：应用系统想要请求操作系统内核的服务，如系统调用。注意：陷入指令不是特权指令，因为它可以在用户态下执行
    - fault 故障：由错误条件引起，可能被内核程序修复，如缺页故障。修复后会把CPU使用权还给应用程序
    - abort 终止：由致命错误引起，内核程序无法修复。会直接终止该应用程序，如：非法使用特权指令，除零情况
  - 外中断（狭义的中断）：与当前执行的指令无关，中断信号源于CPU外部
    - 时钟中断：由时钟部件（cpu外部）发来的中断信号
    - IO中断：由IO设备发来的中断信号
- 中断机制的基本原理：
  - 检查中断信号：
    - 内中断：CPU在执行指令时会检查是否有异常发生
    - 外中断：每个指令周期末尾，CPU会检查是否有外中断信号需要处理
  - CPU根据中断信号的类型查询【中断向量表】--找到对应的中断处理程序在内存中的位置。中断处理程序一定是内核程序。
系统调用：
- 与库函数的区别：
操作系统的体系结构