操作系统的概念

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

1. 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。
2. 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

3. 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

1. 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
2. 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
3. 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
4. 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
5. 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
6. 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：

1. 设备管理
2. 文件管理
3. 进程控制
4. 进程通信
5. 内存管理