408 《操作系统》 第一章 操作系统概述

1.1 操作系统的基本概念

1.1.1 操作系统的概念
操作系统（Operation System，OS）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的程序集合。
1.1.2 操作系统的特征

1. 并发（Concurrence）
   并发：同一时间间隔
   并行：同一时刻
2. 共享（Sharing）
   资源共享，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）互斥共享
   （2）同时访问
3. 虚拟（Virtual）
   把一个物理上的实体变为若干个逻辑上的对应物。
4. 异步（Asynchronism）
   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，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。

1.1.3 操作系统的目标和功能

1. 操作系统作为计算机系统资源的管理者
   （1）处理机管理
   （2）存储器管理
   （3）文件管理
   （4）设备管理
2. 操作系统作为用户与计算机硬件系统之间的接口
   （1）命令接口
   （2）程序接口
   又名 系统调用、广义指令
3. 操作系统用做扩充机器

1.2 操作系统的发展与分类

1.2.1 手工操作系统（此阶段无操作系统）
1.2.2 批处理系统

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1. 单道批处理系统
   （1）自动性
   （2）顺序性
   （3）单道性
2. 多道批处理系统
   （1）多道
   （2）宏观上并行

1.2.3 分时操作系统

• 同时性
• 交互性
• 独立性
• 及时性

1.2.4 实时操作系统

• 及时性
• 可靠性

1.2.5 网络操作系统和分布式计算机系统
1.2.6 个人计算机操作系统

1.3 操作系统的运行环境

1.3.1 操作系统的运行机制
用户态（目态）和核心态（管态）

1. 时钟管理
2. 中断机制
3. 原语
4. 系统控制的数据结构及处理

核心态指令实际上包括系统调用类指令和一些针对时钟、中断和原语的操作指令。
1.3.2 中断和异常的概念
通过中断和异常操作系统由用户态进入核心态

• 中断（外中断）：来自cup执行指令以外的事件的发生

• 异常（内中断、例外或陷入）：源自cpu执行指令内部的事件

  1.3.3 系统调用
  用户在程序中调用操作系统所提供的一些子功能，系统调用可以被看做特殊的公共子程序。
  系统调用、中断、异常时操作系统由用户态进入核心态的三种方法。

1.4 操作系统的体系结构

1.4.1 大内核和微内核