操作系统-------OS概述

1.OS简述

1.1概念

常见操作系统：

• Windows，安卓，iOS，MacOS，Linux。

 
计算机系统的结构层次：

从操作系统的位置可以看出：

1. 操作系统是最接近硬件的软件，操作系统是软件！（像平时电脑出问题说重装操作系统，没有说把电脑拆了之类的，所以操作系统是软件）
2. 负责协调软硬件资源问题
3. 为上层用户和应用程序提供服务

 

1.2功能

1.作为计算机系统资源的管理者

补充：进程是一个程序的执行过程，执行前要提前把程序放到内存中，才会被CPU处理。

 

2.作为用户与计算机硬件系统之间的接口

• 命令接口：允许用户直接使用
  • 联机命令接口（交互式）：用户说一句，系统做一句，例如cmd
  • 脱机命令接口（批处理）：用户说一堆，系统做一堆
• 程序接口：允许用户通过程序间接访问，由一组系统调用组成
  • 程序接口=系统调用=系统调用命令=广义指令
• GUI：现代操作系统中最流行的图形用户接口，例如将不用文件，拖入垃圾桶。

 

3.作为最接近硬件的层次

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，在裸机上安装操作系统可以提供资源管理功能和方便用户服务功能，覆盖了软件的机器叫做扩充机器，又叫虚拟机。

裸机----------锤子，木头等工具

操作系统------木匠

用户-------直接使用成品

 
 

2.OS的特征

2.1并发

概念：并发是指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，在微观上是交替发生的。

操作系统的并发性是指计算机系统中同时存在多个运行着的程序。

一个单核CPU同一时刻只能执行一个程序，因此操作系统负责协调多个程序交替进行，微观上交替，宏观上看着还是同时。在操作系统中，引入进程的目的是使程序能并发执行。

并发性：是指两个或多个事件在同一时间间隔内发生。

• 8：00-9：00帮妈妈打扫卫生
• 9：00-10：00和爸爸下棋

并行性：是指两个或多个事件在同一时刻发生。

• 8：00-10：00既打扫卫生又下棋

 

2.2共享

是指系统中的资源可供内存中多个并发执行的进程共同使用。

并发，共享关系：

 

2.3虚拟

虚拟是指把一个物理上的实体变为若干个逻辑上的对应物。物理实体是实际存在的；而后者是虚的，是用户感觉上的事物。用于实现虚拟的技术，称为虚拟技术。

没有并发性，虚拟性就没有存在必要。

拓展：一个程序需要放入内存中，给他分配CPU才能执行。

虚拟技术分类：

• 时分复用技术，如处理器的分时共享。
• 空分复用技术，如虚拟存储器。

eg：

---

 

2.4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， 而是走走停停，以不可预知的速度向前推进，这就是进程的异步性。

没有并发性，异步就没有存在必要。

 
 

3.OS的发展

手工操作阶段

缺点：用户独占全机和人机速度矛盾导致资源利用率低

单道批处理系统

引入脱机输入、输出技术（用磁带完成），监督程序负责控制作业的输入、输出。

优点：缓解了人机速度矛盾，资源利用率有所提升

缺点：串行，内存中仅有一道程序执行

多道批处理系统

优点：并发，共享得以实现，资源利用率大幅度提升，系统吞吐量增大

缺点：用户响应时间长，没有人机交互功能

分时操作系统

计算机以时间片为单位轮流为各个用户服务，各个用户可以通过中断与计算机进行交互。

优点：解决了人机交互问题

缺点：不能优先处理一些紧急任务，操作系统对各个用户都是完全公平的

实时操作系统

为了能在某个时间限制内完成某些紧急任务而不需时间片排队

 
 

4.OS的运行机制和体系结构

4.1两种指令、两种CPU状态、两种程序

指令：处理器（CPU）能识别、执行的最基本命令。

特权指令：是指有特殊权限的指令，不允许用户程序使用—>由于这类指令的权限最大，如果使用不当，将导致整个系统崩溃。比如: 清内存、置时钟、分配系统资源、修改用户的访问权限等。特权指令必须在核心态执行。

非特权指令：指普通的运算指令。

 

4.2内核

内核是计算机上配置的底层软件，是操作系统最基本、最核心的部分。

实现操作系统内核功能的程序就是内核程序。

 
 

5.中断

中断的本质：发生中断就意味着需要操作系统介入，并展开管理工作。

• 中断发生时，CPU立即进入核心态
  • 用户态---->核心态：中断是唯一途径
  • 核心态---->用户态：通过特权指令，将程序状态字PSW设置为0
• 中断发生后，当前运行的进程暂停，由操作系统内核对中断进行处理
• 有了中断，才能实现并发

 
中断的分类：

 
 

6.系统调用

系统调用：又叫程序接口，是操作系统提供给应用程序（程序员）使用的接口，可以理解为可供应用程序调用的特殊函数。

发出系统调用请求来获得操作系统的服务，系统中各种共享资源都由操作系统统一掌管，因此用户需要通过系统调用的方式，让操作系统代为完成有关资源的操作，这样可以保证系统的稳定和安全，防止用户非法操作，争夺资源。

系统调用的相关处理需要在核心态下进行。

 

系统调用与库函数的区别：

 

系统调用的过程：

传入系统调用参数-------执行陷入指令（用户态）--------执行系统调用相应程序（核心态）---------返回用户程序

• 执行完陷入指令后发起一个内终端，从而CPU进入核心态
• 发出系统调用请求时在用户态，而对系统调用的相应处理是在核心态下进行的
• 陷入指令是唯一一个只能在用户态执行，而不可在核心态执行的指令
   
   

学习来源：b站王道考研