作業系統概論

2022-08-28 16:57:17 字數 1791 閱讀 4615

1.作業系統的目標與功能或者問什麼是作業系統?

1)作業系統是計算機資源的管理者

①處理機管理(程序控制、程序同步、程序通訊、死鎖處理、處理機排程)

②儲存器管理(提高記憶體利用率,記憶體的分配與**、位址對映、記憶體保護與共享、記憶體擴充)

③檔案管理(計算機中的資訊都是以檔案的形式存在的)

④裝置管理(完成使用者的i/o

請求,方便使用者使用裝置、並提高裝置的利用率)

2)作業系統為使用者提供使用計算機硬體系統的介面

①命令介面(使用者通過控制台或終端輸入操作命令,向系統提供各種服務要求)

②程式介面(由 系統呼叫 組成,使用者在程式中使用這些系統呼叫來請求作業系統為其提供服務)

③圖形介面 最常見的 圖形使用者介面gui

(最終還是通過呼叫程式介面實現的)

3)作業系統用作擴充機器

沒有任何軟體支援的計算機稱為裸機,實際呈現在使用者面前的計算機系統是經過若干層軟體改造的計算機。作業系統將裸機改造成功能更強、使用更方便的機器。我們就稱其稱為

擴充機器。

2.作業系統的執行機制

作業系統有兩種指令,乙個是特權指令,乙個是非特權指令,而作業系統的處理機狀態有兩種,分別為核心態和使用者態,其中特權指令只能在核心態的下執行。於此同時,作業系統有兩種程式,一種為核心程式,一種為應用程式,其中,核心程式也只在核心態下執行。而處理機如何在核心態和使用者態進行轉換,是通過中斷技術來實現的。

3.作業系統的體系結構

作業系統是由時鐘管理,中斷處理,原語以及對系統資源的管理所組成。而這也是大核心的組成元素,微核心是去除掉對系統資源管理這個元素所組成。大核心高效能,但是核心**龐大,結構混亂。微核心結果清晰,但是需要頻繁在核心態和使用者態進行切換,效能較低。

4.中斷和異常

中斷也稱為外中斷,而外中斷是外設請求或者人的干預所產生,其目的是為了支援cpu和裝置之間的並行操作。而異常被稱為內中斷,其中內中斷又可以分成三類:

1)陷入

2)故障

3)終止

陷入的意思是有意而為之的操作,比如說系統呼叫

而故障是指由錯誤條件引起的,有可能被故障處理程式修復的一種異常,比如說缺頁

最後的終止是指不可恢復的致命錯誤造成的結果,比如說整數除以0

而我們的外中斷的處理過程是這樣子的:

1)關中斷。即cpu接受到乙個中斷並且進行響應的時候,不應該再次響應其他中斷請求,而應先保護好現場資訊,然後再接受更高階的中斷請求

2)儲存斷點:因為得保證中斷服務程式執行完畢後能夠正確的返回到原來的程式,比如說儲存好pc值

4)儲存現場和遮蔽字:即進入到中斷服務程式後,首先要儲存現場,現場資訊一般是指程式狀態字暫存器pswr和某些通用暫存器的內容

5)開中斷。允許更高階的中斷請求得到響應

6)執行中斷服務程式。

7)關中斷。保證在恢復現場和遮蔽字時不被中斷

8)恢復現場和遮蔽字

9)開中斷,中斷返回。中斷服務程式的最後一條指令通常是一條中斷返回指令,使其返回到原程式的斷點處,以便繼續執行原程式。

5.系統呼叫

當使用者程式想要使用到我們計算機系統的各種硬體資源的時候,是不可以讓程序直接操作的。所有對這些資源的訪問都必須由作業系統去控制。也就是說作業系統是使用這些資源的唯一入口,而這個入口是由作業系統提供的系統呼叫來獲取。一般系統呼叫都是通過中斷實現,也就是異常種類的陷入。其執行過程是:

1) 傳遞系統呼叫函式

2) 執行陷入指令

3) 執行系統呼叫響應服務程式

4) 返回使用者程式

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