【JavaWeb】操作系统

操作系统

目录

操作系统

1.冯洛伊曼体系结构

2.操作系统（Operator System）

2.1 概念

2.2 OS 定位

2.3 设计OS的目的

3.进程

3.1 进程的初步认识

3.2 时间片

3.3 并发和并行

3.4 内核态与用户态

3.5 进程中的上下文

3.5 进程状态

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1.冯洛伊曼体系结构

                                                                      冯·洛伊曼体系结构    

                                                    黑线：控制信号              红线：数据结构

                           

 计算机都是由一个个硬件组件组成的：

输入单元：包括键盘，鼠标，扫描仪，写板等；

中央处理器（CPU）：含有运算器和处理器等；

输出单元：显示器，打印机等；

关于冯洛伊曼，强调几点：

这里的存储器指的是内存；

不考虑缓存情况，这里的CPU能且只能对内存进行读写，不能访问外设（输入或输出设备）；

外设（输入或输出设备）要输入或者输出数据，也只能写入内存或者从内存中读取。

一句话，所有设备都只能直接和内存打交道。 

2.操作系统（Operator System）

2.1 概念

任何计算机系统都包含一个基本的程序集合，称为操作系统（OS）,操作系统包括：

1）内核（进程管理，内存管理，文件管理，驱动管理）

2）其他程序（例如函数库，shell程序等等）

2.2 OS 定位

在整个计算机软硬件架构中，操作系统的定位是：一款纯正的“搞管理”的软件；

如何理解管理；

操作系统，也是一套系统，可以类比来看，

1）管理者的任务种类分两类：硬件管理和软件管理；

2）按照目标对象分为两种，一种对内的管理，一种对外业务进行管理；

2.3 设计OS的目的

1）与硬件交互，管理所有的软硬件资源（对内且对下）

2）为用户程序（应用程序）提供一个良好的执行环境（对外且对上）

3.进程

3.1 进程的初步认识

对于操作系统来说，一个任务就是一个进程（Process）

课本概念：程序的一个执行实例，正在执行的程序等。

内核观点：担当分配系统资源（CPU时间，内存）的实体；

理解进程：类比，一个程序刚开始就是一个在硬盘上的程序，加载运行时，是为了完成某些任务，而要完成任务，就需要操作系统为该任务提供足够的资源（如内存和CPU资源），二者一整套任务的执行，我们可以叫做进程；

所以，进程是担当分配系统资源（CPU时间，内存）的实体，是具有动态特性的；

3.2 时间片

现代操作系统都是支持“多任务”的操作系统，所谓的多任务，就是操作系统可以同时运行多个任务；

操作系统的任务调度是采用时间片轮转的抢占式调度方式，也就是说一个任务执行一小段时间后强制暂停去执行下一个任务，每个任务轮流执行；

任务执行的一小段时间叫做时间片，任务正在执行的状态叫运行状态，任务执行一段时间后强制暂停去执行下一个任务，被暂停的任务就处于就绪状态等待下一个属于他的时间片的到来；这样每个任务都能得到执行，由于CPU的执行效率非常高，时间片非常短，在各个任务之间快速地切换，给人的感觉就是多个任务在同时进行了，这也就是我们所说的并发。

3.3 并发和并行

现在，多核CPU已经非常普及了，由于任务数量远远多于CPU的核心数量，所以，操作系统也会自动把很多任务轮流调度到每个核心上执行。

并发：多个进程在一个CPU下采用时间片轮转的方式，在一段时间之内，让多个线程都得以推进，称之为并发；

并行：多个进程在多个CPU下分别，同时进行运行，这称之为并行；

3.4 内核态与用户态

一般的操作系统对执行权限进行分级：用户态和内核态

内核态（核心态）：操作系统内核作为直接控制硬件设备的底层软件；

用户态：用户程序的权限最高；

3.5 进程中的上下文

上下文简单来说就是一个环境，进程在时间片轮转切换时，由于每个进程运行环境不同，就涉及到转换前后的上下文环境的切换；

就是一个进程在执行的时候，CPU的所有寄存器中的值，进程的状态以及堆栈上的内容；

切换时需要保存当前进程的所有状态，即保存当前进程的进程上下文，以便再次执行该进程时，能够恢复切换时的状态，继续执行；

3.5 进程状态

                  

就绪：进程处于可运行的状态，只是CPU时间片还没有轮转到该进程，则进程处于就绪状态；

运行：进程处于可运行的状态，且CPU时间片轮转到该进程，该进程正在执行代码，则该进程处于运行状态；

阻塞：进程不具备运行条件，正在等待某个事件的完成；

就绪---->运行：获取CPU时间片；

运行---->就绪：时间片用完；

运行---->阻塞：某事件发生，如等待I/O请求；

阻塞---->就绪：某事件发生，如I/O请求完成；