操作系统入门

最新推荐文章于 2025-05-17 15:25:47 发布

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操作系统入门

1.操作系统的概念

1.1操作系统

负责管理计算机中各种软硬件资源并控制各类软件运行。

1.2进程

进程即进行中的程序，进程有一定的生命周期，而程序可以长时间的保存。

1.3线程

线程是进程的一个实体，是CPU 调度和分派的基本单位，它是比进程更小的能独立运行的基本单位。在关系上可以视为线程是进程的子集。

1.4内核态、用户态

内核态：拥有计算机中所有的软硬件资源
用户态：其访问资源的数量和权限均受到限制（由于安全考虑，大多数应用程序时存储在用户态的）

后续文章将会着重介绍进程和线程。

2.操作系统组成

进程管理：系统资源的分配单位（基本单位为进程）。
存储管理：内存分配、存储保护、虚拟内存。
设备管理：管理外设、接口等。
文件管理：保存程序和数据等软件信息。
程序接口：提供指令或函数的调用方式，使程序可以调用系统服务。

3.操作系统分类

单用户操作系统：一次只能运行一个用户程序。
批处理操作系统：多个程序或作业同时运行。
分时操作系统：
- 可以充分利用计算机资源。
- 分时系统的多个用户之间可以通过文件系统彼此共享数据、文件，并在各自的终端上协同完成共同任务。
试试操作系统：要求计算机对数据进行迅速处理，这种有响应时间要求的快速处理过程，叫实时操作系统。
网络操作系统：将物理上分散的独立的多个计算机系统互联起来，通过网络协议在不同的计算机之间实现信息交换、资源共享等它们这种提供网络通信，资源共享的操作系统称为网络操作系统。

4.中断

要想了解系统内核如何工作，就得先了解系统中断。

4.1中断的概念

整个操作系统是一个中断驱动的死循环，当不对系统进行任何操作时，系统会调度处理器执行其他任务。当外部需要对操作系统进行操作（如键盘输入）时，就需要打断处理器执行其他任务，专注于中断的任务。

4.2中断的方式

硬中断：由CPU实现
- 实现过程：CPU在每个指令周期最后会留一个CPU周期检查中断信号。若存在中断信号则将中断号取出，并去中断向量表中寻找中断处理程序，并跳转执行中断。
- 触发方式：外部硬件直接向CPU发送中断信号引起中断。
  -分类：根据硬中断触发的方式的不同，硬中断可进一步分类：直接给CPU INTR引脚发信号触发中断、CPU自身执行指令触发中断、软件通过int n等指令触发中断。
软中断：由软件实现
- 实现过程：操作系统有一个单独守护进程，该进程会不断轮询内存中一组标志位，如果哪个标志位有值了，那去这个标志位对应的软中断向量表数组的相应位置，找到软中断处理函数，然后跳过去执行。
- 触发方式：其他软件通过设置标记位触发中断。

5.内核

5.1内核介绍

内核是一个提供硬件抽象层、磁盘及文件系统控制、多任务等功能的系统软件。内核是操作系统最基本的部分。它是为众多应用程序提供对计算机硬件的安全访问的一部分软件，这种访问是有限的，并且内核决定一个程序在什么时候对某部分硬件操作多长时间。
简单来说，内核是将对计算机硬件操作的代码进行封装，并提供不同的接口以供上层系统或程序使用。