操作系统概述

文章目录

操作系统概述
- 一、操作系统的概念、功能
- - 1. 操作系统的概念
  - 2. 操作系统的功能
- 二、操作系统的特征
- - 1. 操作系统有四个特征
  - 2. 并发
  - 3. 共享
  - 4. 虚拟
  - 5. 异步
- 三、操作系统的发展与分类
- - 1. 知识总览
  - 2. 手工操作阶段
  - 3. 单道批处理系统
  - 4. 多道批处理系统
  - 5. 分时操作系统
  - 6. 实时操作系统
  - 7. 其他几种操作系统
- 四、操作系统的运行机制、体系结构
- 五、中断和异常

一、操作系统的概念、功能

1. 操作系统的概念

(1) 系统资源的管理者
(2) 向上层提供简便易用的服务
(3) 最接近硬件的一层软件

2. 操作系统的功能

(1) 系统资源的管理者：
执行一个程序之前需要将该程序放到内存中才能被CPU处理

(2) 向上层提供简便易用的服务：
封装思想：操作系统把硬件封装成简便易用的服务，使得用户无需关心底层硬件的原理，只需要对操作系统发出指令即可使用计算机

程序接口：可以在程序中进行系统调用使用程序接口，普通用户不能直接使用程序接口，
只能通过程序代码间接使用，比如：

(3) 最接近硬件的一层软件：
操作系统对硬件机器的扩展：将CPU、内存、硬盘等硬件合理的组织起来，让各种硬件能够相互配合，实现更多复杂的功能

知识回顾：

二、操作系统的特征

1. 操作系统有四个特征

2. 并发

指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，在微观上是交替发生的
注意：
(1)与并行区分，并行指的是多个事件在同一时刻同时发生
(2)单核CPU同一时刻只能执行一个程序，各个程序只能并发执行
(3)多核CPU同一时刻可以同时执行多个程序，多个程序可以并行执行

3. 共享

指系统中的资源可供内存中多个并发执行的进程共同使用
两种资源共享方式：

举例：
互斥共享方式：同一个时间段内摄像头只能分配给微信或QQ其中一个进程
同时共享方式：微信与QQ向朋友发送文件，两个进程同时访问硬盘资源 (微观上交替)

4. 虚拟

指把一个物理上的实体变为若干个逻辑上的对应物

虚拟存储器技术：用户只有4G运行内存，但可以运行总内存大于4G的多个软件
虚拟处理器技术：单核CPU可以同时运行多个程序 (微观上交替)

5. 异步

指进程的执行并不是一贯到底的，而是走走停停，以不可知的速度向前推进

知识回顾：

注意：

并发与共享互为存在条件
并发与共享是操作系统最基本的两个特征，没有这二者就谈不上虚拟与异步

三、操作系统的发展与分类

1. 知识总览

2. 手工操作阶段

主要缺点：人机速度矛盾，资源利用率极低

3. 单道批处理系统

引入脱机输入/输出技术(用外围机 + 磁带完成)，并由监督程序负责作业的输入输出

主要优点：缓解了一定程度的人机速度矛盾，资源利用率有所提高
主要缺点：内存中只能有一道程序运行，下一道程序只有等待该程序运行结束之后才可运行， CPU有大量的时间在等待I/O完成，资源利用率仍然较低

4. 多道批处理系统

操作系统正式诞生，用于支持多道程序并发执行
主要优点：多道程序并发执行，共享计算机的资源，资源利用率大幅提升
主要缺点：没有人机交互功能 (用户不能在中间控制程序的执行，只能等待计算机处理完成)

5. 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，用户可通过终端与计算机交互
主要优点：解决了人机交互问题，允许多个用户使用同一台计算机，且各用户之间互相独立
主要缺点：不能优先处理一些紧急任务，操作系统对各个用户/作业完全公平

6. 实时操作系统

主要优点：能够优先响应一些紧急任务，某些紧急任务不需要时间片排队

7. 其他几种操作系统

网路操作系统
分布式操作系统
个人计算机系统

知识回顾：

四、操作系统的运行机制、体系结构

指令：指的是处理器(CPU)能识别、执行的最基本命令
两种指令：
两种处理器状态：
两种程序：
内核：
内核是计算机上的底层软件，是操作系统最基本、最核心的部分
实现内核功能的程序是内核程序
操作系统内核示意图：
知识回顾：

五、中断和异常

中断的作用：会使CPU由用户态立即变为核心态，使操作系统夺回对CPU的控制权
中断是让操作系统内核夺回CPU使用权的唯一途径
如果没有中断机制，一旦应用程序在CPU上运行，CPU就会一直运行这个程序，无并发可言
核心态 → 用户态：执行一条特权指令，即修改PSW的标志位为用户态，表示操作系统让出CPU
使用权
用户态 → 核心态：由中断引发，中断发生后，当前运行的进程暂停运行，并由OS内核对中断进行处理
中断的分类：
知识回顾：

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