操作系统

1.运行机制 什么是指令， “指令”和“代码”有什么区别？ 比如：C语言指令代码源文件经过编译后变成机器语言指令，而一条高级语言的代码可能对应着多条指令。 简而言之，“指令”就是CPU能够处理和执行的最基本的命令，就是让CPU干一件具体的事情。 （1）两种指令： 特权指令：如内存清零指令（不允许用户程序使用） 非特权指令：如普通的运算指令 问：CPU怎样执行特权指令？ （2）两种处理器状态： 用户态（目态）：在该状态下CPU只能执行非特权指令。 核心态（管态）：在该状态下特权指令和非特权指令都可以执行。 在CPU中存在一个用户程序状态寄存器（PSW），在其中的某一个标志位来标识当前处理器处于什么状态。如0为用户态，1为核心态。 （3）两种程序： 内核程序：操作系统的内核程序是系统的管理者，既可以执行特权指令，也可以执行非特权指令，运行在核心态。 应用程序：为了保证系统能安全运行，普通应用程序只能执行非特权指令，运行在用户态。 2.操作系统内核 [ 内核是计算机配置上的底层软件，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哪些程序就是内核程序。 操作系统内核包括： 时钟管理：实现计时功能。 中断处理：负责实现中断机制 原语： 是一种特殊的程序 处于操作系统最底层、最接近硬件的部分 这种运行的程序具有原子性，其运行过程不可中断 运行时间较短，调用频繁 对系统资源进行管理的功能： 进程管理 存储管理 设备管理 内核又可被分为：大内核和**微内核。**如果内核中包含存储管理，进程管理，设备管理等功能的就被叫做大内核，只包含最基本如时钟管理，中断处理，原语等的就被叫做微内核。 3.操作系统的体系结构 操作系统的体系结构： 大内核 将操作系统的主要功能模块都作为系统内核，运行在核心态 优点：高性能 缺点：内核代码庞大，结构混乱，难以维护 微内核 只把最基本的功能保留在内核 优点：内核功能少，结构清晰，方便维护 缺点：需要频繁的在核心态和用户态之间切换，性能低 比如：

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。人的速度慢，输入输出速度也慢，但计算机处理速度极快，人机速度矛盾。 2. 批处理阶段 （1）单道批处理系统 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。 主要优点：一定程度缓解了人机速度矛盾，资源利用率有所提升 主要缺点：内存中仅能有一道程序运行，只有该程序运行结束之后才能进入到下一道程序，**cpu 有大量的时间都是在空闲等待 I/O 完成，**资源利用率仍然很低。 （2）多道批处理系统 在多道批处理系统中，操作系统开始出现。 主要优点：多道程序并发执行，共享计算机资源，资源利用率大幅度提升。 主要缺点：用户响应时间长，没有人机交互功能（用户不能对执行的程序进行任何操作）。 在单道批处理系统中，输入，计算和输出都是串行进行，资源利用率低。 而在多道批处理系统中，当一个系统资源不再被使用时，可以提前进行下一个任务，系统并行执行任务，资源利用率大幅度提高。 （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交互。 主要优点：用户请求可以被即时响应，解决了人机交互的问题，允许多个用户同时使用一台计算机，并且用户对计算机的操作相互独立，感受不到别人的存在。 主要却带你：不能优先处理一些紧急任务，操作系统的各个用户、作业都是完全公平的，循环为每个用户、作业服务一个时间片，不区分任务的紧急性。 （4）实时操作系统 主要优点：可以实时处理一些紧急任务，某些紧急任务不需要时间片排队。 在实时操作系统的控制下，计算机接受到外部信号后及时进行处理，并且要在严格的时间限制内处理完成事件，实时操作系统的主要特点是及时性和可靠性。 实时操作系统可分为： 硬实时系统：必须在绝对严格的规定时间内完成处理。如导弹控制系统，自动驾驶系统。 软实时系统：能接受偶尔违反时间规定。如 12306 火车订票系统。 （5）网络操作系统 伴随计算机网络的发展而诞生的，能把网络的各个计算机有机地结合起来，实现数据传送等功能，实现网络中各种资源的共享（如文件共享）和各个计算机之间的通信。 （6）分布式操作系统 主要特点是分布性和并行性，系统中的割台计算机地位相同，任何工作都可以分布在这些计算机上，由他们并行、协同完成这个任务。 （7）个人计算机操作系统 略，如 windows，macos 等

1.操作系统的概念 （1）操作系统是计算机中最基本的系统软件。 （2）负责管理协调硬件、软件等计算机资源的工作 （3）为上层用户、应用程序提供简单易用的服务 2.操作系统的功能和目标 （1）作为系统资源的管理者 处理机管理 存储管理 文件管理 设备管理 （2）作为用户和计算机硬件之间的接口 命令接口 用户直接使用的 联机命令接口（也叫交互式命令接口，输入一句执行一句） 脱机命令接口（也叫批处理命令接口，输入一堆执行一堆） 程序接口（系统调用） 用户通过程序间接实用 GUI（图形用户界面） 图形化用户操作界面 （3）作为最接近硬件的层次 扩充机器

● 操作系统的基本特征 操作系统的四个特性：并发性，共享性，虚拟性，异步性 1. 并发性 并发是指两个或多个事件在同一时间间隔内发生，宏观上是同时发生的，但是微观上是交替发生的。 操作系统的并发性指计算机系统中同时存在多个运行的程序。 2. 共享性 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。 （1）两种资源共享方式 互斥共享方式（一个时间段内只允许一个进程访问资源） 同时共享方式（允许一个时间段内由多个进程“同时”对他们进行访问） 同时是宏观上的概念，微观上资源往往是交替进行资源访问的（分时共享）。 ==并发性和共享性两者的关系：== 假如使用 QQ 发送文件 A，使用微信发送文件 B. 1.两个进程正在并发执行（并发性） 2.需要共享地访问硬盘资源（共享性） 如果失去并发行，系统中只有一个程序在执行，则共享性即失去意义。 如果失去共享性，QQ 和微信不能同时访问硬盘资源，就无法实现同时发送文件，也就无法并发。 即并发性和共享性二者互为存在条件 3. 虚拟性 虚拟是指把一个物理上的实体变为逻辑上的对应物，物理实体是实际存在的，而逻辑上对应物是用户感受到的。 空分复用技术（如虚拟存储器） 时分复用技术（如虚拟处理器），微观上处理机在各个微小的时间段内交替着为各个进程服务。 4. 异步性 异步是指，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，这就是进程的异步性。 如果失去了并发性，则系统只能串行的执行所有的进程，每个程序的执行会一贯到底，只有系统拥有并发性，才有可能导致异步性。