操作系统01-导论

一、概述

                     操作系统：英文是operating system，OS

它的作用	运行用户程序（核心目标）
	高效使用计算机（面向系统）
	方便使用计算机（面向用户）

二、内容

2.1 现代计算机系统

       一个或多个CPU和内存

       若干个通过总线相连的设备控制器和其他设备

       CPU和设备控制器可以并行工作，并竞争内存。（*问题：是否可以并行工作）

2.2  中断服务程序

为了区分不同的中断，每个设备有自己的中断号，系统有0-255一共256个中断。系统有一张中断向量表，用于存放256个中断服务程序的入口地址。每个入口地址对应一段代码，即中断服务程序。

中断向量：中断服务程序的入口地址

中断号：外部设备进行I/O操作产生的中断信号，传给CPU

中断服务程序：执行中断处理的代码

操作系统是中断驱动

2.3 系统启动

引导系统bootstrap program :在打开电脑或重启时候优先，同在位于ROW，成为固件firmware,初始化所有的硬件。

2.4 并行和并发

并行concurrency	>=2个作业在同一个时刻运行，同一个时刻同时运行。
并发parallelism	>=2个作业在同一个时间间隔内依次运行

2.5 简单批处理系统→多道程序系统→分时系统

2.6 操作系统类型、操作和功能

类型	嵌入式系统embedded system:嵌入受控器件内部，为特定应用而设计的专用计算机系统。
	手持移动系统：手持设备例如手机等
	分布式系统：松耦合系统，通过网络通讯TPC/IP，例如客户机-服务器系统，PCP系统
	多处理系统：紧耦合系统，多个处理器共享计算机总线、时间等 优点：增加了吞吐量，节省资金，增加了可靠性
	多核处理器系统：一个芯片多个核，一个核即一个处理器，常见芯片目前2核、四核、8核等 对称多处理SMP+非对称处理ASMP：主要是指处理器是否对等
	集群系统：通过专用网络连接一群计算机，把这些计算机虚拟成一台具有超强计算能力的计算机给用户使用 优点：高性能，低成本、高扩展性、高可靠

操作	双模式	1.用户模式user mode：只能所有用户应用程序 2.内核模式kernel mode：只能操作系统程序 双模式需要CPU的支持，故CPU有双模式的话，则可以在OS实现双模式。 特权指令：可能引起系统崩溃的指令，只能运行在内核模式。 用户程序需要使用特权指令的方法：系统调用system call.
	I/O和内存保护	1.防止用户程序执行非法I/O操作       定义所有的I/O指令都是特权指令       用户程序通过系统调用进行I/O操作。 2.防止内存非法访问     存储保护机制     硬件支持
	定时器	在一段时间后发生中断，CPU控制权返回操作系统。 定时器分为固定时间和可变时间定时器，一般利用时钟和计数器实现。

                   这个四个管理中，程序运行最密接相关是进程管理+内存管理。

功能	进程管理	CPU管理的内容包含如下 创建和删除用户和系统进程； 暂停和恢复进程； 提供进程同步机制； 提供进程通讯机制； 提供死锁处理机制；
	内存管理	内存是程序运行必须得存储设备，因为iCPU只能直接访问寄存器、高速缓存和内容这三类存储设备。故进程处理前后的所有数据，执行的指令都在内存。 工作：内存分配、内存回收、地址转换、共享及保护； 目的：提高内存利用率和访问速度，从而提高计算机运行效率；
	文件管理	当代OS一般以文件为单位，以目录为组织方式构建文件系统，并将文件系统存储在磁盘等二级存储设备上。 内容：文件系统、文件逻辑结构、文件物理结构、目录、文件检索方法、文件操作、空闲空间管理、存储设备管理
	I/O设备管理	管理种类繁多的I/O设备，解决计算机信息的输入和输出问题。 核心技术：设备无关性，即设备独立性。是指操作系统把素有物理设备按照物理特性愤懑别类地抽象成为逻辑设备。 工作：设备管理、设备驱动

三、总结

1. 解决计算机存储问题的操作系统模块是：文件管理。
2. OS的双模式：user mode ,kernel mode 
3. cpu直接访问的：寄存器，内存，cache
4. 系统调用的代码是在内核模式执行。
5. 批处理系统的主要缺点是：缺乏交互性；
6. unix操作系统是著名的分时操作系统
7. 控制设备工作的物理部件是设备控制器。
8. 共享计算机总线和内存的多处理系统是：紧耦合系统；