操作系统的概念
定义
操作系统是控制和管理整个计算机系统的硬件和软件资源,并合理地组织调度计算机的工作和资源分配,以提供给用户和其他软件方便的接口和环境是软件,并且是计算机系统中最基本的系统软件。
功能和目标
- 作为系统资源的管理者
提供处理机管理、存储器管理、文件管理、设备管理功能,使程序安全高效地运行。 - 作为用户和计算机硬件的接口
提供用户接口,方便用户使用
接口分类
1. 用户接口
允许用户直接使用
联机命令接口:cmd,用户输入一句系统就执行一句
脱机命令窗口:.bat,用户输入一堆指令,系统按顺序执行
2. 程序接口
用户间接使用,由一组系统调用组成
3. GUI
使用户可以用形象的图形界面进行操作
- 作为最接近硬件的层次
实现对硬件机器的拓展
特征
并发
指两个或多个事件在同一时间间隔内发生。宏观上同时发生,微观上交替发生。
操作系统的并发性指计算机系统中同时存在着多个运行着的程序。
共享
资源共享,分为互斥共享方式和同时共享方式
互斥共享即一个时间段只允许一个进程访问
同时共享为一个时间内可由多个进程同时访问
虚拟
空分复用技术:虚拟储存器
时分复用技术:虚拟处理器
异步
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,而是每次会执行不同的进程里面的指令,运行哪个指令是随机的。
分类与发展
- 手工操作阶段
手工打点输入输出
用户独占全机,人机速度矛盾导致资源利用率低 - 单道批处理系统
把纸带信息输入磁带,再从磁带到主机,输出到磁带上 - 多道批处理系统
每次往内存中输入多道程序
支持并发,共享计算机资源
响应时间长,没有人机交互功能 - 分时操作系统
以时间片为单位,为各个用户轮流服务,用户可以通过终端与计算机进行交换
不能有限处理紧急任务 - 实时操作系统
能够响应紧急任务,紧急任务不需要排队,分为硬实时系统和软实时系统
硬实时系统必须在绝对严格的规定时间内完成处理
软实时系统接受偶尔违反时间规定 - 其他的操作系统
网络操作系统,分布式操作系统,个人计算机操作系统
OS运行机制和体系结构
运行机制
指令:特权指令和非特权指令
处理器状态:核心态和用户态
程序:内核程序和应用程序
体系结构
内核:最接近硬件层次的部位,操作系统最基本最核心的部分,包括时钟管理、中断处理、原语(设备驱动、CPU切换)**||以此划分,前面也称微内核,包括后面统称大内核||**进程管理、存储器管理、设备管理等
中断和异常
中断
发生中断意味着需要操作系统介入,开展管理工作
当中断发生时,CPU进入核心态,使操作系统获得计算机的控制权,当前程序暂停运行,操作系统内核对中断进行处理。对于不同的中断信号,处理方式不同
用户态到核心态的转换只能通过中断实现
分类:
内中断:来源于CPU内部,一般都是出现异常
外中断:来源于CPU外部,与当前执行的指令无关
外中断的处理过程:每一条指令完成后检测是否有外部中断信号,如果有,处理
系统调用
程序接口就是系统调用,给应用程序提供的接口
分类:
- 设备管理
- 文件管理
- 进程控制
- 进程通信
- 内存管理