文章目录

🌷 一、操作系统的概念
- 1、定义
- 2、功能和目标
🌷 二、操作系统的特征
🌷 三、操作系统的发展与分类
🌷 三、操作系统的运行机制与体系结构
🌷 四、中断和异常
🌷 五、系统调用

🌷 一、操作系统的概念

1、定义

操作系统是指控制和管理整个计算机系统的硬件和软件资源，并合理地组织调度计算机的工作和资源的分配，以提供给用户和其他软件方便的接口和环境，它是计算机系统中最基本的系统软件

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2、功能和目标

🔴 操作系统作为系统资源的管理者（这些资源包括软件、硬件、文件等），需要提供什么功能？

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🔴 操作系统作为用户与计算机硬件之间的接口，要为其上层的用户、应用程序提供简单易用的服务，需要实现什么功能（用户接口）？

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系统调用=系统调用命令=广义指令

🔴 操作系统作为最接近硬件的层次，需要在纯硬件的基础上实现什么功能？

🌷 二、操作系统的特征

1、并发

指两个或多个事件在同一时间间隔内发生。这些事件宏观上是同时发生的，但微观上是交替发生的。
易混淆概念并行：指两个或多个事件在同一时刻同时发生

2、共享

即资源共享，是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
并发和共享的关系：

3、虚拟

是指把一个物理上的实体映射为若干个逻辑上的对应物。物理实体是实际存在的，而逻辑上对应物是用户感受到的。

4、不确定性

（1）程序执行结果不确定，程序执行结果不能再现
（2）在多道程序环境下，允许多个程序并发执行，但由于资源有限，进程的执行不是一贯到底的，而是走走停停，以不可预知的速度向前推进，这就是进程的一部性操作系统的发展与分类

🌷 三、操作系统的发展与分类

1、手工操作阶段

缺点：用户独占全机、人机速度矛盾导致资源利用率极低

2、批处理阶段

引入脱机输入/输出技术（用磁带完成），并监督程序负责控制作业的输入、输出
① 单道批处理系统

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② 多道批处理系统

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3、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，各个用户可通过终端与计算机进行交互
特点：

① 同时性。若干用户可以同时操作，共同使用同一系统资源
② 独立性。每个用户都有一种“独占感”
③ 及时性。用户的请求能得到及时响应
④ 交互性。

4、实时操作系统

在实时操作系统的控制下，计算机系统接收到外部信号后及时进行处理，并且要在严格的时限内处理完事件。实时操作系统的主要特点是及时性和可靠性

特点：

① 实时时钟管理
② 连续人机对话
③ 过载的防护
④ 高可靠性

5、网络操作系统

是伴随着计算机网络的发展而诞生的，能把网络中各个计算机有机地结合起来，实现数据传送功能，实现网络中各种资源的共享和各台计算机之间的通信

6、分布式操作系统

主要特点是分布性和并行性。系统中的各台计算机地位相同，任何工作都可以分布在这些计算机上，由它们并行、协同完成这个任务

7、个人计算机操作系统

🌷 三、操作系统的运行机制与体系结构

1、运行机制

（1）两种指令

（2） 两种处理器状态：用标志位标识状态

（3） 两种程序

2、操作系统内核

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内核是计算机上配置的底层软件，是操作系统最基本、最核心的部分。
实现操作系统内核功能的那些程序就是内核程序

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3、操作系统的体系结构

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4、传统的操作系统结构设计模式

（1）整体式结构设计模式

（2）层次式结构设计模式

5、现代的操作系统结构设计模式

（1）客户/服务器模式
① 把操作系统划分为若干进程，其中每个进程实现单独的一套服务（功能）
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② 优点
➢ 简化了基本操作系统
➢ 提高了可靠性
➢ 适合分布式计算环境
（2）对象模式
（3）对称多处理模式

🌷 四、中断和异常

1、中断机制的诞生

早期各程序只能串行执行，系统资源利用率低，为了解决这个问题人们发明了操作系统（作为计算机的管理者），引入中断机制，实现了多道程序并发执行
本质：发生中断就意味着需要操作系统介入，开展管理工作
应用：在用户态时当 CPU 收到计时部件发出的中断信号，切换为核心态对终端进行处
理，操作系统内核负责对中断信号进行处理。处理完毕后切换为用户态

2、中断的概念和作用

① 当中断发生时，CPU 立即进入核心态
② 当中断发生后，当前运行的进程暂停允许，并由操作系统内核对中断进行处理
③ 对于不同的中断信号，会进行不同的处理
发生了中断就意味着操作系统介入，开展管理工作。由于操作系统的管理工作（比如进程切换、分配 I/O 设备等）需要特权指令，因此 CPU 要从用户态转为核心态。
中断可以使 CPU 从用户态切换为核心态，使操作系统获得计算机的控制权。有了中断，才能实现多道程序并发执行
用户态→核心态是通过中断实现的，并且中断是唯一途径
核心态→用户态是通过执行一个特权指令，将程序状态字（PSW）的标志位设置为“用户态”

3、中断的分类

① 内中断（也称为异常）
② 外中断
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③ 另一种分类

4、外中断的处理过程

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🌷 五、系统调用

1、什么是系统调用以及作用

➢ 系统调用是操作系统提供给应用程序（程序员/编程人员）使用的接口，可以理解为一种可供应用程序调用的特殊函数，应用程序可以发出系统调用请求来获得操作系统的服务。
➢ 应用程序通过系统调用请求操作系统的服务。系统中的各种共享资源都由操作系统统一掌管，因此在用户程序中，凡是与资源有关的操作（如存储分配、I/O 操作、文件管理等），都必须通过系统调用的方式向操作系统提出服务请求，由操作系统代为完成。这样可以保证系统的稳定性和安全性，防止用户进行非法操作
➢ 系统调用会使处理器从用户态进入核心态
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