作業系統 第一章 概述

2022-09-10 12:48:17 字數 3551 閱讀 4670

作業系統(operating system,os)是指 控制和管理整個計算機系統的硬體和軟體資源,並合理地組織排程計算機的工作和資源的分配,為使用者和其他軟體提供方便的介面和環境的程式集合。它是計算機系統中最基本的系統軟體

①作業系統是系統資源的管理者

②向上提供方便易用的服務

③是最接近硬體的一層軟體

①作業系統是系統資源的管理者(管理功能)

作為系統資源的管理者,其目標是安全、高效,提供的功能有:

儲存器管理

檔案管理

裝置管理

②向上提供方便易用的服務(介面功能)

作業系統為使用者和軟體提供服務,通過提供介面來完成:

程式介面

此外還有gui圖形使用者介面,可以說 命令介面和gui是直接給使用者使用的,而程式介面是給軟體或是程式設計師使用的。

③是最接近硬體的一層軟體(擴充機器)

作為最接近硬體的一層軟體,作業系統需要實現對硬體機器的擴充套件,將cpu、記憶體、磁碟、顯示器、鍵盤等硬體合理地組織起來,讓各種硬體能夠相互協調配合,實現更多更複雜的功能。

四個基本特徵:併發共享、虛擬、非同步

併發:指兩個或者多個事件在同一時間間隔內發生。

並行:指兩個或者多個事件在同一時刻同時發生。

作業系統就是伴隨著「多道程式技術」出現而出現的。因此,作業系統和程式併發是一起誕生的。

重要考點:

多核cpu同一時刻可以同時執行多個程式,多個程式可以並行地執行

共享:即資源共享,是指系統中的資源可供記憶體中多個併發執行的程序共同使用。

有兩種資源共享方式:

同時訪問方式

併發和共享的關係(互為存在條件)

併發性指計算機系統中同時存在著多個執行著的程式。

共享性是指系統中的資源可供記憶體中多個併發執行的程序共同使用。

如果失去併發性,則系統中只有乙個程式正在執行,則共享性失去存在的意義;

如果失去共享性,則兩個程式不能同時訪問硬碟資源,就無法實現同時傳送檔案,也就無法併發。

虛擬:指把乙個物理上的實體變為若干個邏輯上的對應物。物理實體是實際存在的,而邏輯上對應物是使用者感受到的。

乙個物理上的實體變為若干邏輯上的對應物,這種技術也被稱為虛擬技術,可分為:

空分復用技術

併發和虛擬的關係

如果失去了併發性,則乙個時間段內系統中只需執行一道程式,那麼就失去了實現虛擬性的意義了。因此,沒有併發性,就談不上虛擬性。

非同步:在多道程式環境下,允許多個程式併發執行,但由於資源有限,程序的執行不是一貫到底的,多道程式走走停停,程序以不可預知的速度向前進

併發和非同步的關係只有系統擁有併發性,才有可能導致非同步性。

小結:併發和共享互為存在條件,沒有併發和共享,就談不上虛擬和非同步,因此併發共享是作業系統的兩個最基本的特徵

手工操作階段

程式的裝入、執行、結果的輸出都需要人為的干預

缺點:資源利用率低、cpu利用不充分、人機速度矛盾

批處理階段

為了解決人機矛盾以及cpu和i/o裝置之間速度不匹配的矛盾

單道批處理系統(引入離線輸入輸出技術)

記憶體中始終儲存一道作業,作業成批進行

特點:優點:

緩解了一定程度的人機速度矛盾,資源利用率有所提公升

缺點:多道批處理系統(作業系統開始出現)

多道批處理系統的產生標誌著作業系統正式誕生。

允許多個程式在cpu中交替執行,程式共享各種硬體和軟體資源。

特點:優點:

缺點:分時作業系統

計算機以時間片為單位輪流為各個使用者/作業服務,各個使用者可通過終端與計算機進行互動。

主要優點:

主要缺點:

實時作業系統

保證在規定時間內完成某項任務。

主要優點:能夠優先響應一些緊急任務,某些緊急任務不需時間片排隊。

硬實時系統:必須在絕對嚴格的規定時間內完成處理,如飛彈控制,自動駕駛

軟實時系統:能接受偶爾違反時間規定,如12306訂票

主要特點是及時性和可靠性。

其他幾種作業系統

兩種指令:

指令就是處理器cpu能識別、執行的最基本命令,指二進位制機器指令。

兩種程式:

核心程式

兩種處理器狀態:核心態(核心態)和使用者態

狀態切換:

核心態→使用者態:執行修改程式狀態字暫存器psw的特權指令

核心態→使用者態:由中斷引起,硬體自動完成

核心

時鐘管理:作業系統對使用者提供標準時間,根據時鐘對程序進行管理,實現程序切換。

原語:處於系統的最底層,是最接近硬體的部分,執行具有原子性,即只能一氣呵成,執行時間短、呼叫頻繁。

大核心:

微核心:

為了進行核心態和使用者態的切換,引入了中斷機制。

中斷是讓作業系統核心奪回cpu使用權的唯一途徑。

內中斷(異常):

外中斷(中斷):

基本實現原理:

找中斷處理程式

作業系統作為使用者和計算機硬體之間的介面,需要向上提供一些簡單易用的服務。主要包括命令介面和程式介面。其中,程式介面由一組系統呼叫組成。

「系統呼叫」是作業系統提供給應用程式(程式設計師/程式設計人員)使用的介面,可以理解為一種可**用程式呼叫的特殊函式,應用程式可以通過系統呼叫來請求獲得作業系統核心的服務。

系統呼叫按功能可分為:

第一章作業系統概述

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