（1）操作系统引论
一、操作系统的概念、功能、目标
1.概念
操作系统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分配，以提供给用户和其他软件方便的接口和环境，它是计算机系统中最基本的系统软件。
2.操作系统的功能和目标
作为系统资源的管理者
进程：进程时一个程序的执行过程。执行前需要将该程序放到内存中，才能被CPU处理。
作为用户和计算机硬件之间的接口
- 系统调用=系统调用命令=广义指令
- GUI：图形用户界面
总结
作为最接近硬件的层次
- 应用了封装思想
二、操作系统的四个特征
1.并发
-
并发：指两个或多个事件在同一时间间隔内发生。这些事件宏观上时同时发生的，但微观上时交替发生的。
-
并行：指两个或多个事件在同一时刻同时发生。
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操作系统的并发性指计算机系统中同时存在者多个运行着的程序。
2.共享
- 共享即资源共享，是指系统中的资源可供内存中多个并发执行的进程共同使用。
两种共享方式
- 互斥共享方式：使用微信视频，同一时间段摄像头只能分配给其中一个进程。
- 同时共享方式：使用QQ发送文件A，同时使用微信发送文件B。宏观上看，两边同时读取并发送文件。微观上，两个进程是交替着访问硬盘的。
并发和共享的关系
并发性是指计算机系统中同时存在者多个运行着的程序。
共享性是指系统资源中的资源可供内存中多个并发执行的进程共同使用。
- 并发性和共享性互为存在条件
3.虚拟
虚拟是指把一个物理上的实体变为若干个逻辑上的对应物。物理实体是实际存在的，而逻辑上对应物是用户感受到的。
- 虚拟技术中的“时分复用技术”。微观上处理及在各个微小的时间段内交替着为各个进程服务。
4.异步
异步是指，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的，而是走走停停，以不可预知的速度向前推荐，这就是进程的异步性。
- 只有系统拥有并发性，才有可能导致异步性
三、操作系统的发展和分类
1.手工操作阶段
缺点；
用户独占全机、人机速度矛盾导致资源利用率低。
2.单道批处理系统
引入脱机输入/输出技术（用磁带完成），并监督程序负责控制作业的输入、输出。
优点： 缓解了一定程度的人机速度矛盾，资源利用率有所提升
缺点： 内存中仅能有一道程序运行。CPU有大量的时间在空闲等待I/O完成。资源利用率依然很低。
3.多道批处理系统
优点：多到程序并发执行，共享计算机资源。资源利用率大幅提升，CPU和其他资源保持“忙碌”状态，系统吞吐量大。
缺点:用户响应时间长，没有人机交互功能。
4.分时操作系统
计算机以时间片为单位轮流为各个用户/作业服务，各个用户可通过终端与计算机进行交互。
优点：用户请求可以被即时响应，解决了人机交互问题。
缺点：不能有限处理一些紧急任务。操作系统对各个用户/作业都是完全公平的，循环地为每个用户/作业服务一个时间片，不区分任务的紧急性。
5.实时操作系统
优点：可以优先响应一些紧急任务，某些紧急任务不许时间片排队。
在实时操作系统的控制下，计算机系统接收到外部信号后及时进行处理，并且要在严格的时限内处理完事件。实时操作系统的主要特点时及时性和可靠性。
6.其他操作系统
- 网络操作系统
- 分布式操作系统
- 个人计算机操作系统
四、操作系统的运行机制和体系结构
1.运行机制
指令: 处理器能识别，处理的命令
两种处理状态
两种程序
以上的联系
2.操作系统的内核
- 内核是计算机配置的底层软件，是操作系统最基本、最核心的部分。
- 实现操作系统内核功能的程序就是内核程序
3.操作系统体系结构
4.总结
五、终端和异常
1.中断机制的诞生
单道批处理系统时：各个程序只能串行执行，系统资源利用率低。
中断的本质：发生中断就意味着需要操作系统介入，开展管理工作。
2.中断的概念和作用
- 当中断发生时，CPU立即进入核心态。
- 当中断发生后，当前运行的进程暂停运行，并由操作系统内核对中断进行处理。
- 对于不同的中断信号，会进行不同的处理。
问题：用户态、核心态之间的切换时怎么实现的。
答：
用户态->核心态是通过中断实现的。并且中断是唯一途径。
核心态->用户态的切换时通过执行一个特权指令，将程序状态字（PSW）的标志位设置为”用户态“。
3.中断的分类
另一种分类方式
4.外中断的处理过程
5.总结
六、系统调用
1.什么时系统调用，有何作用
- 操作系统提供“系统调用”功能，用户进程想要使用打印机这种共享资源，只能通过系统调用向操作系统发出请求。操作系统会对各个请求进行协调管理。
2.系统调用与库函数的区别
- 不涉及系统调用的库函数：如“取绝对值”的函数
- 涉及系统调用的函数：如“创建一个新文件”的函数
3.系统调用背后的过程
注意：
- 陷入指令是在用户态执行的，执行陷入指令之后立即引发一个内中断，从而CPU进入核心态。
- 发出系统调用请求是在用户态，而对系统调用的相应处理在核心态下进行。
- 陷入指令是唯一一个只能在用户态执行，而不可在核心态执行的指令。
