操作系统
2021-09-22 09:18:48 0 举报AI智能生成
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计算机操作系统综述思维导图，可供计算机考研初试复试等使用，排版格式方便打印背诵。
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大纲/内容
操作系统
定义
控制和管理整个计算机系统软件与硬件资源，合理地组织和调度计算机的工作与资源分配，进而为用户和其他软件提供方便的接口的程序的集合。
是最基本的系统软件
特征
并发
并行：同一时刻完成两种及以上的工作
并发：同一时间间隔完成两种及以上的工作
宏观上有多道程序同时执行
微观上这些程序分时交替执行
共享
互斥共享
一个资源一段时间只能满足一个请求，一个任务没结束，另一个任务就不能开始
打印机，必须打印完一个文档后再打印另一个
例如：共享内存、管道文件的访问
同时访问
任务分几个时间片段，间隔完成，效果和连续完成相同
例如：对处理机资源的共享
虚拟
时分复用技术
CPU时间
空分复用技术
内存空间
异步
多道程序并发执行，程序的执行并不是一贯到底，而是‘走走停停\"，以不可预知的速度向前推进
只要运行环境相同，操作系统必须保证多次运行进程后都能获得相同的结果
运行环境
运行机制
操作系统内核程序
特权指令+非特权指令
核心态下不使用访管指令，并非不能使用
主要功能
时钟管理
中断机制
原语
系统控制的数据结构及处理
应用程序
非特权指令
访管指令：从目态陷入管态
操作系统禁止应用程序执行指令特权指令？
将CPU划分为两种状态
目态（内核态）
应用程序运行在目态，不能执行特权指令
命令解释程序，是操作系统向用户提供的命令接口，执行在目态
管态（用户态）
操作系统内核程序运行在管态，可以执行非特权指令
进程调度程序、缺页中断处理程序、时钟中断处理程序
中断和异常
内中断（异常）
指令中断
INT 21H、访管指令引发的访管中断
访管指令引起访管中断，让CPU从用户态陷入内核态，而中断是通过硬件实现的
强制中断
硬件故障
断电
软件故障
缺页、除零
外中断
外设请求
中断响应过程
关中断--保存断点（PC寄存器）--取出中断服务程序的入口地址装入PC--保护现场（PSW，部分通用寄存器）--开中断
这一系列过程封中断执行，不能被打断
执行中断服务程序
关中断--恢复现场--开中断--中断返回
系统调用（广义指令）
按功能分类
设备管理
进程控制
进程创建、撤销、阻塞、唤醒等
进程通信
文件管理
内存管理
处理机管理
体系结构
大内核
将主要功能模块全部集中在内核中，各模块之间共享信息，相互调用，性能无可比拟
但随着系统规模增长，内核设计开发维护难度剧增
添加系统服务时，必须修改内核
微内核
内核中仅有最基本的功能模块
稳定性提高
分离内核和服务，服务和服务，使得接口清晰，维护成本大大降低
近硬件的底层和关键功能必须通过操作系统实现，所以用户程序需要反复地陷入内核态
导致性能也明显下降
库操作系统
将底层的系统服务作为库直接链接到用户程序中，免去了系统调用
功能和目标
计算机系统资源的管理者
处理机的分配和调度是以进程为基本单位的，可以归结为进程管理
目标：充分利用处理机资源的同时保证公平
功能：进程控制、进程同步、进程通信、死锁处理等
目标：提高内存利用率、降低存取时间
功能：内存分配和回收、地址映射、内存保护共享和扩充等
目标：完成用户的IO请求，提高设备的利用率
子主题
功能：缓冲管理、设备分配、设备处理等
用户和计算机硬件系统之间的接口
命令接口
联机命令接口
主要由键盘键入命令组成
脱机命令接口
批处理文件，例如：window的.bat后缀文件
程序接口（系统调用）
在程序中使用这部分接口
图形界面GUI通过调用 系统调用实现
库函数底层通过系统调用实现
注意：部分功能对于用户透明，不存在系统调用，例如：缓冲管理
用作扩充机器
将裸机（纯硬件）“扩充”提供各种服务的机器
发展和分类
手工操作阶段
主要矛盾：高速的机器和较慢的人工之间的速度不匹配
缺点：CPU利用不充分、资源利用率也低
批处理系统
单道批处理系统
主要矛盾：高速的CPU和低速的IO之间的速度不匹配
多道批处理系统
主要矛盾：无法提供人机交互，响应时间长与用户想要实时响应之间的矛盾
采用多道程序设计之后引发了做了作业调度、CPU管理等问题，在解决这些问题的过程中，形成了操作系统
分时操作系统
主要特征
同时、交互、独立、及时
同时和多个用户独立地进行能够及时响应的交互
实时操作系统
实时：在规定的时间完成
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