操作系统的基本概念|操作系统

文章目录

操作系统的概念
一、操作系统的功能和目标
- 1.作为系统资源的管理者
- 2.作为用户和计算机硬件之间的接口
- 3.作为最接近硬件的层次
二、操作系统的特征
- 1.并发
- 2.共享
- 3.虚拟
- 4.异步
三、操作系统的发展和分类
- 1.手工操作阶段
- 2.单道批处理阶段
- 3.多道批处理阶段
- 4.分时操作系统
- 5.实时操作系统
- 6.网络操作系统
- 7.分布式操作系统
- 8.个人计算机操作体系
四、运行机制
- 指令
- 处理器状态
- 两种程序
五、操作系统内核
六、中断和异常
六、系统调用
- 系统调用和库函数的区别
- 系统调用背后的过程

操作系统的概念

1)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，并合理的组织调度计算机工作和资源分配，以2)提供给用户和其他软件方便的接口环境，他是计算机系统中最基本的3)系统软件。
(三个需要注意的点)

一、操作系统的功能和目标

1.作为系统资源的管理者

2.作为用户和计算机硬件之间的接口

3.作为最接近硬件的层次

功能和目标：实现对硬件机器的扩展
没有任何软件支持的计算机称为裸机，在裸机上安装操作系统，可以提供资源管理功能和方便用户的服务功能。
通常把覆盖了软件的机器称为扩充机器，或虚拟机。

二、操作系统的特征

1.并发

并发：两个或多个事件在同一时间间隔内发生。这些事件在宏观上是同时发生的，微观上是交替发生的。
并行：两个或多个事件在同一时刻内同时发生。

2.共享

共享即资源共享，指系统中的资源可以供内存中的多个并发进程同时使用

所谓“同时”往往是宏观的，微观上，可能交替地对资源进行访问。

3.虚拟

虚拟是指把一个物理实体变为若干逻辑上的对应物。物理（实体）是实际存在的，而逻辑上对应物是用户感受到的。

4.异步

异步是指，在多道程序环境下，允许多个程序并发执行，由于资源有限，进程的执行不是一贯到底的，而是走走停停，以不可预知的速度向前推进，这就是进程的异步性。

三、操作系统的发展和分类

1.手工操作阶段

2.单道批处理阶段

引入了脱机输入/输出技术（用磁带完成），并监督程序负责作业的输入和输出

3.多道批处理阶段

用户每次往内存中输入多道程序
操作系统正式诞生，并且引入了中断技术，由操作系统负责管理这些程序的运行

4.分时操作系统

计算机以时间片为单位轮流为各个用户/作业服务

5.实时操作系统

6.网络操作系统

7.分布式操作系统

8.个人计算机操作体系

四、运行机制

指令

指令：处理机（CPU）能识别、执行的最基本命令

处理器状态

两种程序

五、操作系统内核

六、中断和异常

内中断另一个分类

发生中断就意味着需要操作系统介入，开展管理工作。
由于操作系统的管理工作（如进程切换、分配I/O设备等）需要特权指令，因此CPU需要从用户态转为和核心态，中断可以使CPU从用户态切换为核心态，使操作系统获得计算机的控制权。
有了中断，才能实现多道程序的并发执行。

用户态—>核心态是通过中断来实现，并且中断是唯一的途径
核心态->用户态的切换是通过执行一个特权指令，将程序状态字（PSW）的标志位设置为“用户态”

六、系统调用

操作系统提供“系统调用”功能，用户进程想要使用打印机这种共享资源时，只能通过系统调用向操作系统发出请求，操作系统会对各个请求进行协调管理。

应用程序通过系统调用请求操作系统的服务、系统中的各种共享资源都由操作系统同一掌管。因此在用户程序中，凡是与资源有关的操作（内存分配、I/O操作、文件管理等），都必须通过系统调用的方式向操作系统提出服务请求，由操作系统代为完成，这样可以保证系统的稳定性和安全性。

系统调用相关处理涉及到对资源系统的管理、对进程的控制，这些功能需要执行一些特权指令才能完成。因此系统调用相关处理需要在核心态完成。

系统调用和库函数的区别

普通应用程序	可以直接进行系统调用，也可以使用库函数。有的库函数涉及系统调用(“创建一个新文件”)，有的不涉及(“数学函数MAX”)。
编程语言	向上提供库函数，有时会将系统调用封装成库函数，以隐藏系统调用的一些细节，使上层进行系统调用更方便
操作系统	向上提供系统调用，隐藏物理细节

系统调用背后的过程

系统传递调用参数
执行陷入指令（用户态）
执行系统调用的相应服务程序（核心态）
返回应用程序

注意

陷入指令是在用户态执行的，执行陷入指令后立即引发一个内中断，从而CPU进入核心态
发出系统调用请求是在用户态，而对系统调用的相应处理是在核心态下进行
陷入指令是唯一一个只能在用户态执行，而不能在核心态执行的指令