操作系统-笔记-第一章

目录

一、第一章——操作系统的概念

1、操作系统的概念、功能

（1）层次

（2）总结

2、操作系统的特征（4个）

（1）并发与并行

（2）共享与互斥

（3）虚拟

（4）异步（Asyn）

3、操作系统的发展与分类

（1）实时操作系统

（2）网络、分布式、个人

4、操作系统的运行机制

（1）用户态 & 内核态

（2）总结

5、中断（※※※※※）

（1）外中断 & 内中断

（2）中断程序——内核程序（内核态）

（3）总结

6、系统调用

（1）总结

7、操作系统的内核（结构体系）

（1）大内核 & 微内核

（2）优缺点

（3）总结

8、操作系统（电脑开机做了什么事情）

9、虚拟机

（1）一个物理机上（可以有多个操作系统） 

（2）虚拟机的分配方式

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一、第一章——操作系统的概念

1、操作系统的概念、功能

（1）层次

（2）总结

2、操作系统的特征（4个）

（1）并发与并行

并发——时间段（服务器——高并发：对请求接口可以实现很多的应答~）

并行——时刻（同时进行——多线程——多核CPU）

（2）共享与互斥

共享——可以同时使用（资源）

互斥——只能让一个人使用（数据一致性）

互相依靠（共享 & 并发）

（3）虚拟

（4）异步（Asyn）

有并发，才有异步~

那必然是多线程啦~（单独开一个线程，实现异步操作，不会阻塞主线程）

1.   同步（Synchronous）：同步指的是任务按照顺序依次执行，并且每个任务必须等待前一个任务完成后才能开始执行。在同步模式下，任务之间的执行是阻塞的，即一个任务的执行会阻碍其他任务的进行，直到该任务完成。

2.   异步（Asynchronous）：异步指的是任务可以并发或并行地执行，任务之间相互独立。在异步模式下，任务的执行是非阻塞的，即一个任务的执行不会等待其他任务的完成，而是通过回调函数、事件监听等机制，实现任务的并发执行和结果的返回。

异步编程通常用于处理涉及网络请求、文件操作、数据库查询等需要等待耗时操作的情况，以提高系统性能和资源利用率。

异步编程一般采用事件驱动、回调函数、协程等技术来实现。

1. 同步编程更加直观和易于理解，但在处理大量并发任务或需要等待的情况下，可能导致程序性能下降和资源浪费。
2. 异步编程可以更好地利用系统资源，提高程序的效率和响应性。
3. 选择使用同步还是异步取决于具体的应用场景和需求。
4. 在编程中，可以根据任务的特性选择适合的模式，或者将同步和异步结合起来，灵活地处理不同的任务和情况。

3、操作系统的发展与分类

（1）实时操作系统

（2）网络、分布式、个人

4、操作系统的运行机制

（1）用户态 & 内核态

当用户态要“越权”时，硬件CPU会检测出问题！自动变态，并且中断程序！ 

（2）总结

5、中断（※※※※※）

（1）外中断 & 内中断

内中断——异常（缺页、指令非法、陷入指令-系统调用）

外中断——程序处理（IO、时钟）

（2）中断程序——内核程序（内核态）

硬件和软件都可以实现中断——计算机组成原理有讲

【中断向量表】——查询之后——就知道该执行怎么样的【中断处理程序】

（3）总结

6、系统调用

陷入指令——系统调用

由操作系统提供对应的接口，让应用程序可以使用该指令

当CPU遇到【陷入指令】时，就会…（应用程序把控制权还给了操作系统）

Unix 确实是用【C 语言】编写的,而且是世界上第一个用 C 语言编写的操作系统。

【Windows操作系统】是用【C和汇编语言】开发的

现在【Windows操作系统】正在使用【Rust语言】重构

Windows还支持使用其他编程语言编写应用程序，如C++、C#和Visual Basic等。

（1）总结

7、操作系统的内核（结构体系）

Ubuntu和CentOS都是Linux内核

他们主要开发的是——非内核功能（GUI、命令等）

（1）大内核 & 微内核

为什么是大内核？——因为好几个功能都被划分到了内核态

微内核——状态变换更多

（2）优缺点

大：快（难以维护）

微：慢（模块化、方便维护）

（3）总结

8、操作系统（电脑开机做了什么事情）

首先，我们已经通过BIOS引导，安装了一个操作系统，并且划分了分区，还安装了软件

现在开始开机：

1. CPU读取磁盘信息（执行主引导程序——硬件自检）
2. 执行【磁盘引导程序+分区表】
3. 读取操作系统的初始化程序
4. 执行操作系统的初始化程序——完成初始化

你的大致描述是正确的，但还可以添加一些细节。以下是对操作系统启动过程的修正和补充：

1. 电源开启后，计算机进行电源自检，确保各硬件设备正常。
2. 主板上的BIOS芯片被访问，执行Basic Input/Output System (BIOS)程序。BIOS负责初始化各硬件设备，并进行一系列自检，包括检查RAM、显示适配器等。
3. BIOS通过读取硬盘驱动器的引导区（Master Boot Record，MBR）来加载引导程序。MBR位于分区表的第一个扇区，其中存储了引导程序的位置和大小信息。
4. 引导程序加载操作系统的引导加载程序（bootloader），如GRUB或Windows Boot Manager。引导加载程序位于磁盘的特定位置，它负责加载操作系统内核并将控制权转交给它。
5. 操作系统内核被加载入内存，并开始执行初始化程序。初始化程序负责配置系统环境、加载设备驱动程序和初始化各种子系统。
6. 初始化过程通常涉及加载一些核心组件、建立内存管理和进程管理结构，以及准备其他必要的系统资源。
7. 一旦初始化完成，操作系统进入可用状态，用户可以进行交互，并且其他应用程序可以在操作系统上运行。

需要注意的是，不同的操作系统和计算机架构可能会有所不同，但基本过程大致相似。此外，硬盘分区和软件安装的细节通常在操作系统初始化之后完成。

自检——找到引导程序——加载——执行

9、虚拟机

（1）一个物理机上（可以有多个操作系统） 

类似docker

（2）虚拟机的分配方式

第一类——直接运行在物理资源上（权限高、速度快、可安装多个）

第一类——我搞一个双系统（一个Windows、一个Ubuntu）

第二类——在一个操作系统的基础上运行的（速度慢、权限低、一个都够呛~）

第二类——我在Windows上安装一个乌邦图的VMM虚拟机

第二类——方便迁移——可以打包——然后供别人使用（类似docker）

1. 双系统：你可以在一台计算机上安装两个不同的操作系统，如Windows和Ubuntu，并且可以在开机时选择进入哪个操作系统。
2. VMM虚拟机：你可以在Windows操作系统上安装虚拟机软件，如VMware或VirtualBox，并在虚拟机中安装Ubuntu操作系统。虚拟机可以模拟出一个独立的计算环境，在其中运行另一个操作系统。

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长路漫漫，我越学，感觉越发吃力，是因为正反馈来得不够么？不行，我得继续努力，星光不负赶路人！你还记得三年前么？你那时还是一个小白，什么都不懂，但有一腔热血！三年来，你的热血还在么？你的一切！！！就看今朝了！！！坚持下去，别放弃，你一定得成功！你必须得成功啊！——总之，加油啊！！！咬牙挺住！

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时间：2023年8月14日15:09:25