計算機考研 作業系統之 計算機系統概述

2021-10-05 17:24:23 字數 2417 閱讀 1350

1.作業系統的概念、基本特徵和功能,並行性與併發性。

2.作業系統提供的介面,命令介面和程式介面。

3.使用者態和核心態,中斷和異常,系統呼叫。

1.作業系統的概念:

作業系統是指控制和管理整個計算機軟體與硬體資源,合理地組織、排程計算機的工作與資源的分配,進而為使用者和其他軟體提供方便介面和環境的程式集合。作業系統是計算機系統中最基本的系統軟體,是裸機上的第一層軟體,是對硬體功能的首次擴充。

2.作業系統的基本特徵和功能:

3.並行性與併發性:

併發性:指兩個或多個事件在同一時刻發生

並行性:指兩個或多個事件在同一事件間隔內發生

在多道程式環境下,一段時間內,巨集觀上有多道程式在同時執行,而在每一時刻,單處理機環境下實際僅能有一道程式執行,故微觀上這些程式還是在分實地交替執行。作業系統的併發性是通過分時得以實現的。

1.計算機提供的介面

1.使用者態與核心態:

在計算機系統中,通常執行著兩類程式:系統核心程式 和 應用程式,為了保證核心程式不被應用程式破壞,為計算機設定了兩種狀態:核心態(也稱為管態)和使用者態(也稱為目態)。核心程式在核心態執行,而應用程式只能在使用者態執行。

在cpu上會執行兩種程式,核心程式和普通應用程式。

正在執行核心程式,說明此時是作業系統正在控制cpu。

正在執行應用程式,說明此時是應用程式正在控制cpu。

核心態與使用者態的切換,本質上是作業系統與普通應用程式對cpu控制權的切換。

2.中斷和異常:

中斷的本質作用:將cpu的控制權交給作業系統,因此中斷發生後cpu狀態需要轉為核心態。

3.中斷處理和子程式呼叫的區別:

子程式呼叫是程式設計者事先在主程式中安排一條呼叫指令call,子程式的呼叫時間是固定的。主程式呼叫子程式的過程完全屬於軟體處理過程,不需要專門的硬體電路。

中斷與子程式呼叫的區別:

呼叫型別

中斷子程式呼叫

入口位址

由中斷隱指令根據中斷向量得到

由呼叫程式根據定址方式得到

環境儲存

儲存pc、psw、通用暫存器

儲存pc、通用暫存器

程式狀態

從使用者態轉為核心態

沒有狀態變化

有中斷請求時,先由中斷隱指令完成中斷前程式的狀態儲存,主要工作有:①關中斷;②儲存pc、psw;③根據中斷向量引出對應的中斷服務程式(即中斷處理程式,屬於作業系統核心),通用暫存器的保護由中斷服務程式完成。當中斷服務程式執行結束後再開中斷

pc : program counter 程式計數器

psw : 程式狀態暫存器

注:有的系統支援「多重中斷」,即在執行中斷處理程式的過程中,如果有新的中斷的到來,依然會暫停當前的中斷處理程式,轉而處理新到達的中斷。多重中斷系統在保護被中斷程序現場時關中斷,執行中斷處理程式時開中斷。

3.系統呼叫:

系統中的各共享資源都有作業系統統一掌管,因此在使用者程序中,凡是與資源有關的操作(如儲存分配、進行i/o傳輸以及管理檔案等),都必須通過系統呼叫方式向作業系統提出服務請求,並有作業系統代為完成。系統呼叫按功能大致可分為如下幾類:

顯然,系統呼叫執行在系統的核心態。通過系統呼叫的方式來使用系統功能,可以保證系統的穩定性和安全性,防止使用者隨意更改或訪問系統的資料或命令。系統呼叫命令是由作業系統提供的乙個或多個子程式模組實現的。

可能會影響到其他程序的操作,必然需要通過系統呼叫請求作業系統代為完成。

eg.執行系統呼叫的過程包括如下主要操作:【2023年聯考真題】

(1)傳遞系統呼叫引數

(2)執行陷入(trap)指令

(3)執行相應的服務程式

(4)返回使用者態

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