【操作系统】第一章：操作系统概述

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原创最新推荐文章于 2026-05-12 09:10:39 发布 1.4k 阅读 AI 写同款· GEO 优化 ›

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【操作系统】第一章：操作系统概述

章节纲要：

操作系统的概念，特征，功能和提供的服务
操作系统的发展和分类
操作系统的运行环境
- 内核态和用户态
- 中断和异常
- 系统调用
操作系统的体系结构

1. 操作系统的本质和特点

你必须认知到操作系统的角色：资源的管理者，管理用户程序的程序，系统程序

（1）我们的电脑开机之后，操作系统就会被加载到RAM里面，本质上操作系统也是程序
（2）顺序性是单道程序设计的特点
（3）编译器的本质是用户程序指令，因此操作系统并不关心

1.1 发生的概念

并发：同一段时间内同时发生，但不一定同时进行（强调的是事件发生在同一个研究的时间域内）
异步：不同步进行。（强调的事件发生的相互独立性）
并行：同时进行（强调的是事件的同步）
同步：在某一个时间点同步（强调的是在某个时间点大家的步调必须一致）
共享：互斥共享，同时共享（分时共享）

在单处理机下，进程不可并行，但设备和设备，处理机和通道，处理机和设备可以并行。判断是不是可以并行，我们看对这个东西相关的处理单元数量，比如你看，单处理机，就是说这个CPU只能同时跑一个进程，那你怎么并行，对吧，但设备的处理的是独立的，比如我们的IO设备，我们的主存这些，和处理机就不冲突了，设备和设备为毛可以并行？那你可以有多个IO啊，对吧

1.2 操作系统是资源管理者的角色

处理机的管理（CPU资源）：我们以进程作为单位进行管理
存储器的管理（主存资源）：内存分配，地址映射
文件的管理（外存）：读写
IO管理（设备）：处理IO请求

1.3 操作系统是用户和硬件的接口

命令接口分为联机和脱机

联机：（典型的分时系统），交互型，随叫随做
脱机：（批处理系统），给出一组作业命令，提前写好再执行

程序接口由 系统调用（一种能使用系统内核服务的广义指令）组成。

系统调用是系统提供给用户应用程序使用系统内核服务的接口。

在这里插入图片描述

2. 操作系统的发展和分类

操作系统的发展一致都在为了解决：响应速度和资源利用率和吞吐率的核心问题，说白了我们的程序做的事情又多又快。

2.1 操作系统的分类

批处理系统 $→\rightarrow$ 分时操作系统 $→\rightarrow$ 实时操作系统

批处理系统：分为单道批处理和多道批处理，没有交互能力的，通过脱机技术实现解决设备独占的问题 $→\rightarrow$ 解决单机的资源利用率优化。通过多道程序设计技术解决系统吞吐率和资源利用率优化。
分时系统：可以较快的响应用户，而且可以提高资源利用率和系统吞吐率，并且允许交互。利用非抢占式优先策略。
实时系统：目标是即时响应和可靠性，响应速度优化了，但是系统的资源利用率就下降了。利用的是：抢占者优先策略。通俗一点就是：这种系统控制对象在规定时间内处理外部事件，比如订票系统，股票交易系统。

中断技术使得多道批处理系统能同时CPU和IO设备并行工作

3. 操作系统的机制和运行环境

3.1 用户态和系统态

操作系统既要执行内核程序，又要管理用户程序，因此他自己划分出两种工作状态：用户态（目态），核心态（管态）。

（执行访管指令）用户态 $→\rightarrow$ 核心态（执行中断处理程序，再执行服务程序）

以上过程需要硬件完成的

我们需要引入：中断和异常的机制来实现两种机制的转化。

【1】中断：叫外中断

就是从外面传进来的中断，我们从用户态转成核心态
在这里插入图片描述

【2】异常：也叫内中断

CPU内部发生中断，我们从核心态转成用户态
在这里插入图片描述

什么时候会出现内中断呢？比如出现访存缺页，除0，非法操作码，算术溢出

核心态可以执行访管指令以外的所有指令
访管指令是用户态专属的哦
访管中断：由于用户在用户态使用特权指令所造成的中断
中断处理程序：在核心态下完成，会保存PC和PSW，如果是子程序调用就不保存PSW了。PC是一定保存的。
用户态 $→\rightarrow$ 核心态的转换：由硬件完成的
保存PC的实现由硬件完成，由中断隐指令实现（硬件实现），保存通用寄存器就由操作系统完成（软件实现）
系统调用在：用户态下发生，在核心态下执行

发生和执行，这两个词的含义自己好好掂量一下，不同的。

进程调度不需要硬件支持，进程调度是通过调度算法转移CPU的使用权

这个你想：我们的CPU在执行指令的时候，他需要思考这条指令是来自哪里的吗？不需要吧，他只需要无脑执行就行了。因此我们的进程调度通过软件来实现就足够了。

程序设计无法做到屏蔽指令（意思是单靠软件无法完成），关中断指令：指的是能全局关闭（或禁止）所有中断事件的指令
IO指令必须在核心态下执行
特权指令只允许操作系统使用
执行系统调用的过程：传参 $→\rightarrow$ 执行中断指令 $→\rightarrow$ 执行对应的服务 $→\rightarrow$ 返回用户态
中断向量：中断服务程序的入口地址（向量本身就是一个地址）
中断向量地址：入口地址的地址（地址的地址）
在用户态可能发生的事件：系统调用，外部中断，缺页，读时钟，取数，处理寄存器，但像进程切换是一定在核心态完成的。