計算機系統(tǒng)概述

操作系統(tǒng)的基本概念

操作系統(tǒng)的概念

控制和管理整個計算機系統(tǒng)的硬件及軟件資源

操作系統(tǒng)的特征

并發(fā)（注意和并行的區(qū)別，并行是真正意義上的同一時間執(zhí)行，并發(fā)多個事件在同一時間間隔內(nèi)發(fā)生），共享，虛擬，異步

操作系統(tǒng)的目標(biāo)和功能

管理功能：處理機管理，存儲器管理，文件管理，設(shè)備管理 接口功能：命令接口，程序接口 擴充機器：對硬件功能的擴充（發(fā)動機——只會轉(zhuǎn)；輪胎——只會滾，擴充功能讓我們可以舒適的開車） 封裝思想：用戶無需關(guān)心底層硬件的原理，只需要對操作系統(tǒng)發(fā)出命令即可

操作系統(tǒng)的發(fā)展與分類

手工操作階段：需人工干預(yù)，效率低批處理階段：單道批處理系統(tǒng)：內(nèi)存中始終保存一道作業(yè)，作業(yè)成批進行。一定程度上緩解人機速度不匹配問題，但資源利用率依然很低；多道批處理系統(tǒng)：允許多個程序在CPU中交替執(zhí)行，程序共享各種硬件和軟件資源。缺點是設(shè)計復(fù)雜，不能及時響應(yīng)。

分時操作系統(tǒng)：計算機以時間片為單位輪流為各個用戶/作業(yè)服務(wù)。缺點是不能處理緊急任務(wù)。實時操作系統(tǒng)：保證在規(guī)定時間內(nèi)完成某項任務(wù)分布式計算機系統(tǒng)：個人計算機操作系統(tǒng)：

操作系統(tǒng)的運行環(huán)境

程序運行：程序運行的過程其實就是CPU執(zhí)行一條一條的機器指令的過程。

操作系統(tǒng)的運行機制

CPU執(zhí)行的兩類程序：內(nèi)核程序和應(yīng)用程序兩類指令：特權(quán)指令和非特權(quán)指令兩種處理狀態(tài)：內(nèi)核態(tài)和用戶態(tài)如何變態(tài)：內(nèi)核態(tài)到用戶態(tài)，一條修改PSW（程序狀態(tài)字寄存器，0表示用戶態(tài)，1表示內(nèi)核態(tài)）的特權(quán)指令 用戶態(tài)到內(nèi)核態(tài)，由中斷引起，硬件自動完成。操作系統(tǒng)內(nèi)核：時鐘管理，中斷處理，原語，對系統(tǒng)資源進行管理（有的操作系統(tǒng)不把此項歸為內(nèi)核功能能）

中斷與異常

中斷的作用：中斷是讓系統(tǒng)內(nèi)核奪回CPU使用權(quán)的唯一途徑，是系統(tǒng)從用戶態(tài)變?yōu)閮?nèi)核態(tài)；中斷類型：內(nèi)中斷（也稱異常）：陷入，故障，中止，源自CPU執(zhí)行指令內(nèi)部的事件；外中斷：時鐘中斷和I/O中斷請求，源自CPU執(zhí)行指令之外的事件。中斷機制的基本原理：檢查中斷信號，通過中斷向量表找到相應(yīng)的中斷處理程序。

系統(tǒng)調(diào)用

“系統(tǒng)調(diào)用”是操作系統(tǒng)提供給應(yīng)用程序（程序員/編程人員）使用的接口，可以理解為一種可供應(yīng)用程序調(diào)用的特殊函數(shù)，應(yīng)用程序可以通過系統(tǒng)調(diào)用來請求獲得操作系統(tǒng)內(nèi)核的服務(wù)。

應(yīng)用程序通過系統(tǒng)調(diào)用請求操作系統(tǒng)的服務(wù)。而系統(tǒng)中的各種共享資源都由操作系統(tǒng)內(nèi)核統(tǒng)一掌管，因此凡是與共享資源有關(guān)的操作（如存儲分配、I/O操作、文件管理等），都必須通過系統(tǒng)調(diào)用的方式向操作系統(tǒng)內(nèi)核提出服務(wù)請求，由操作系統(tǒng)內(nèi)核代為完成。這樣可以保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性和安全性，防止用戶進行非法操作。

按功能分類：設(shè)備管理，文件管理，進程管理，進程通信，內(nèi)存管理。

大內(nèi)核與微內(nèi)核

大內(nèi)核

將操作系統(tǒng)的主要功能模塊進行集中，從而用以提供高性能的系統(tǒng)服務(wù)。優(yōu)點：模塊之間共享信息，有效利用相互之間的有效特性，主要功能模塊都作為系統(tǒng)內(nèi)核，運行在核心態(tài)，性能高。缺點：代碼龐大，結(jié)構(gòu)混亂，難以維護。

微內(nèi)核

只將最基本的模塊（如進程管理）保留在內(nèi)核，降低內(nèi)核設(shè)計的復(fù)雜性。優(yōu)點：各個模塊可以獨立演進，結(jié)構(gòu)清晰，方便維護 缺點：需要頻繁的在內(nèi)核態(tài)和用戶態(tài)之間切換，性能低。