操作系统复习笔记 Chapter01~02

使用书籍《操作系统概念》

Chapter 1 概述

什么是OS? ——操作系统是管理计算机硬件的系统软件

• 计算机系统的组成
• 计算机系统的运行

中断类型

中断指当事件发生时，CPU暂时停止当前程序的执行转而执行处理新情况的程序和执行过程。

中断（硬件/软件）

• 硬中断：硬件，外设触发；
• 软中断：系统调用（中断指令）引起

• 同步IO
  线程启动一个IO后立即进入等待状态（wait），直到IO完成才继续执行
• 异步IO
  线程发送一个IO请求到内核，然后继续处理其他的事情，内核完成IO后，通知线程IO操作完成

I/O结构

• DMA（直接内存访问）：在本地缓冲和内存之间传送整块的数据。适用于大量数据的移动，如磁盘IO。
• 直接进行数据交换，独立于正在进行的CPU（数据交换时无需CPU干预，只有开始交换和结束交换时需要CPU的参与）
• 采用内存和外设直接数据交换的方式，只有当有一段数据传送时才会请求CPU中断，减少了CPU的负担。

多处理器系统（multiprocessing system）

优点：

• 增加吞吐量
• 规模经济
• 增加可靠性

类型：

• SMP（对称多处理）：每个处理器都参与完成相同的任务（数据不一致？）
• AMP（非对称处理）：每个处理器有各自特定的任务，主从关系，主处理器调度从处理器并安排工作

名词解释：

● 分时：将时间划分成时间片，进程按时间片轮流执行——主要提高响应速度
● 多道：系统中存在多个程序同时执行/安排作业使得CPU总有一个执行作业，从而提高CPU的利用率——主要提高CPU利用率
并行(parallel)：指在同一时刻，有多条指令在多个处理器上同时执行。所以无论从微观还是从宏观来看，二者都是一起执行的。（微观上是同时执行的）并发(concurrency)：指在同一时刻只能有一条指令执行，但多个进程指令被快速的轮换执行，使得在宏观上具有多个进程同时执行的效果，但在微观上并不是同时执行的，只是把时间分成若干段，使多个进程快速交替的执行（宏观上）。
● 分时主要针对提高系统的响应速度，改善用户体验；多道主要针对增加系统的利用率。

● 核心态：操作系统内核执行的受保护的状态（特权态/特权指令：只能由OS内核使用，不允许用户直接使用）
● 用户态：用户进程执行所在的状态
● 区别：处于用户态只能访问进程的地址空间，用户态需要通过中断或系统调用才能进入核心态。

Chapter 2 操作系统结构

系统调用

系统调用与API

• 系统调用是：操作系统提供给应用程序的接口，应用程序通过系统调用获得操作系统的服务
• API是一个提供给应用程序的接口函数，与程序员直接进行交互。
• 区别与联系：
  • 系统调用根据API通过软中断机制向内核提交请求，以获取内核服务的接口
  • API（与程序员直接交互）可能需要一个或几个系统调用来共同完成其功能。
    程序员调用的是API（与内核无直接联系），然后与系统调用共同完成函数的功能

机制与策略：

• 机制，是指实现某一功能的具体方式（How to do)
• 策略，则是在机制的基础上，借助于某些参数和算法来实现该功能的优化，或达到不同的功能目标(What to do)
• 机制和策略分离的好处：
  1.使得系统更容易被维护；在机制不变的情形下，可以通过策略的变化适应新的需求；
  2.使得系统更具灵活性；通过通用机制的设计，最大化系统灵活性。

OS Structure

• MS-DOS
• 分层
• 微内核——提供基本核心功能：进程管理、存储器管理、进程间通信、低级I/O
  • 优点：
    1.便于拓展操作系统，新服务在用户空间内增加
    2.安全性和可靠性
• 模块化——内核提供核心功能，其他服务在内核运行时动态实现。主模块只有核心功能，并知道如何调度任何其他模块（内核&其他功能模块在同一地址空间）。拓展性好，可动态挂载添加模块。

名词辨析

• 微内核和模块化内核

微内核：操作系统内核只包含最基本的功能（进程调度和进程间通讯）
模块化内核：操作系统内核的一些功能可以作为模块挂载
区别：（地址空间的差别）
微内核中内核和其它操作系统的功能模块（如虚存管理）在不同的地址空间运行，模块化内核中它们在一个地址空间。

在微内核结构的操作系统中，进程间通讯可以不在微内核内。
错。进程通讯是内核的核心功能，对微内核系统，也在微内核内实现。