OS:1-操作系统概观

1 操作系统概观

1.1 计算机系统概览

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用户视图:

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1.2 硬件系统

  • CPU
    • 运算单元
    • 控制单元
  • 主存储器
  • 外围设备
    • 输入输出设备
    • 存储设备
    • 网络通信设备
  • 总线

1.3 软件系统

  • 系统软件
  • 支撑软件
  • 应用软件

开发的不同层次:

  • 硬件系统:机器语言
  • 资源管理:机器语言+广义指令
  • 文件系统:机器语言+系统调用
  • 数据库管理系统:+数据库语言
  • 语言处理程序:面向问题的语言

1.4 计算机操作技术的发展

  • 手工操作阶段

    • 用户独占资源,数据输入、程序执行、结果输出均联机进行,效率低
  • 执行系统阶段

    • 装入→汇编/编译→执行→输出
  • 引入批处理,操作员成批输入作业,成批执行作业

  • 计算速度大于IO速度,需要多道程序同时进行

    • 需要高速外存储设备
  • 磁盘出现,OS登场

1.5 计算机操作系统

操作系统

计算机系统最基础的系统软件,管理软硬件资源、控制程序执行,改善人机界面,合理组织计算机工作流程,为用户使用计算机提供良好运行环境

OS组成

  • 进程调度子系统
  • 进程通信子系统
  • 内存管理子系统
  • 设备管理子系统
  • 文件管理子系统
  • 网络通信子系统
  • 作业控制子系统

OS类型

  • 从控制方式
    • 批处理操作系统
      • 把批中作业预先输入作业队列,OS按照作业说明书的要求来调度和控制作业执行
      • 资源利用率高,作业吞吐量大,但不利于开发调试
      • 特征:批量集中处理、多道程序运行、作业脱机工作
    • 分时操作系统
      • 多终端,CPU和内存按时间间隔分配
    • 实时操作系统
      • 指当外界事件或数据产生时,能够对其予以接受并以足够快的速度进行处理
  • 从应用领域
    • 服务器OS、并行OS
    • 网络操作OS、分布式OS
    • 个人机OS、手机OS
    • 嵌入式OS、传感器OS

1.6 资源管理视角

  • 硬件资源
    • 处理器、内存、外设
  • 信息资源
    • 数据、程序

分配方式

  • 资源共享
    • 独占使用
    • 并发使用
  • 资源分配
    • 静态分配
    • 动态分配
    • 资源抢占

三个方式

  • 复用
    • 时分复用
    • 空分复用
  • 虚拟
  • 抽象

1.7 程序控制视角

例题

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  • 处理两道作业而言,效率提高了
  • 对单道作业而言,效率降低了

实现

  • 为进入内存执行的程序建立管理实体:进程
  • OS管理和控制进程执行
  • OS协调各类资源在进程间的使用

实现要点

  • 如何使用资源?
    • 调用OS提供的服务例程(如何陷入OS)
  • 如何复用CPU?
    • 调度程序,在CPU空闲的时候让其他程序运行
  • 如何使CPU和IO并行?
    • 设备控制器和通道(专用的IO处理器)
  • 如何让正在运行的程序让出CPU?
    • 中断

1.8 OS控制计算机的视角

OS的操作接口——系统程序

OS的两类作业级接口

  • 脱机作业控制方式:作业控制语言
    • OS:提供作业说明语言
    • 用户:编写作业说明书
    • OS:通过作业控制程序自动控制作业执行
    • 如bat、shell
  • 联机作业控制方式:操作控制命令
    • 计算机:提供终端(键盘/显示器)
    • 用户:登陆系统
    • OS:提供命令解释程序
    • 用户:联机输入命令,直接控制作业步的执行
    • 如分时OS

命令解释程序

  • OS输出命令提示符
  • 用户输入指令,回车后申请中断
  • CPU响应,将控制权交给命令解释程序接着读入命令缓冲区内容,分析命令、接受 参数,执行处理代码
  • 命令执行结束后,再次输出命令提示符,循环

1.9 人机交互视角

  • 人机交互设备
    • 传统的终端设备
    • 新型模式识别设备
  • OS的人机交互用于
    • 控制有关设备的执行
    • 理解执行设备传来的命令

人而不是技术是人机交互的中心

1.10 程序接口视角*

OS的程序接口——系统调用

  • OS实现的完成某种特定功能的过程;为所有运行程序提供访问OS的接口

实现要点

  1. 编写系统调用服务例程
  2. 设计系统调用入口地址表(可能还包含参数个数)
  3. 陷阱处理机制,需要开辟现场保护区,以保存发生系统调用时应用程序的处理器现场

参数传递方式:

  1. 访管指令或自陷指令自带参数
  2. CPU的通用寄存器存参数
  3. 开启专门的堆栈区传递参数

实现机制

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CPU有两个状态,分别是管态和目态,

  • 管态,即操作系统的管理程序运行时的状态,具有较高的特权级别,也称为特权态、系统态、内核态或者核心态。当处理器处于管态时,可以执行所有的指令,包括各种特权指令,也可以使用所有的资源,并且具有改变处理器状态的能力。
  • 目态,即用户程序运行时的状态,具有较低的特权级别,又称为普通态或用户态。在这种状态下不能使用特权指令,不能直接使用系统资源,也不能改变CPU的工作状态,并且只能访问这个用户程序自己的存储空间。

1.11 系统结构的角度

原文地址:https://www.cnblogs.com/cpaulyz/p/14233258.html