计算机操作系统概述
一、概念及功能
概念：操作系统（英语：Operating System，缩写：OS）是一组主管并控制计算机操作、运用和运行硬件、软件资源和提供公共服务来组织用户交互的相互关联的系统软件程序，同时也是计算机系统的内核与基石。操作系统需要处理如管理与配置内存、决定系统资源供需的优先次序、控制输入与输出设备、操作网络与管理文件系统等基本事务。操作系统也提供一个让用户与系统交互的操作界面。（来自维基百科）
功能：
- 操作系统是系统资源的管理者（对下面的硬件和上面的应用程序以及用户）
- 向上层提供方便易用的服务（对上层的应用程序和用户，封装）
- 是最接近硬件的一层软件（对于下层硬件，可以对硬件机器进行拓展，ps：虚拟机）
二、特征
- 并发（基本特征）：两个或多个事件在同一时间间隔内发生。这是事件宏观上同时发生，微观上交替发生。
并发：将时间分片，使事件交替发生
并行：实实在在的同时发生了
- 共享（基本特征）：资源共享，系统中的资源可供内存中多个并发执行的进程共同使用
并发和共享互为存在条件
- 互斥共享：一个时间段内只允许一个进程访问该资源
- 同时共享：允许一个时间段内多个进程“同时”对资源进行访问
这里的”同时“和并发一样，微观上交替进行
- 虚拟：把物理实际存在的实体变为若干个逻辑上的对应物。实体实际存在，逻辑对应物指用户感受。
- 虚拟技术：时分复用（虚拟处理器）和空分复用（虚拟存储器）
- 异步：多道程序环境下，允许多个程序并发执行，由于资源有限，进程走走停停，以不可预知的速度向前推进。
三、发展与分类
| 分类 | 手工处理 | 单道批处理（批处理，操作系统的雏形） | 多道批处理（批处理，操作系统的正式诞生） | 分时系统 | 实时系统 |
|---|---|---|---|---|---|
| 特点 | 除计算外，其他全部由人手工处理 | 引入脱机输入\输出技术，并采用监督程序控制输入输出 | 一次性往内存中放入多道程序再进行处理 | 计算机以时间片为单位轮流为各位用户提供服务 | 能够优先相应一些紧急任务， |
| 优点 | / | 资源利用率有所提升 | 多道程序并发执行，资源利用率大幅提高，系统吞吐量显著增大 | 用户请求即时响应，解决了人机交互的问题 | 及时性，可靠性 |
| 缺点 | 用户独占全机，资源利用率低 | 大部分时间还是I/O设备的输入输出，资源利用率还是不高 | 用户响应时间长，没有人机交互 | 不能优先处理一些紧急任务 | / |
多道批处理器：处理器利用率最大化
分时系统：响应时间最小化
- 软实时系统：可以偶尔违法时间规定，ps：12306订票系统
- 硬实时系统：必须严格按照时间要求，ps：自动驾驶系统
四、系统运行
- 程序、指令和处理器状态的类型
-
两类程序：内核程序、用户程序
-
两类指令：特权指令、非特权指令
-
两种处理器状态：内核态（核心态\管态）、用户态（目态）
2.内核
- 内核是操作系统重要的结构
- 由很多内核程序组成操作系统内核
3.处理器状态转换
- 内核态->用户态：一条改变PSW的特权指令
- 用户态->核心态：由中断引起，硬件自动完成
PSW：程序状态字寄存器，里面有一个二进制位表示当前CPU处于核心态还是用户态
4.中断和异常
-
中断的作用：让操作系统夺权，使CPU从用户态变为核心态
-
中断的两种类型：
-
内中断：由程序内部引起的，俗称的异常，包括：
- 陷入（trap）：由程序故意引起的，例如需要请求系统资源
- 故障（fault）：由错误条件引起的，但是有可能被内核程序修复，例如缺页故障
- 中止（abort）：由致命错误引起，内核程序无法修复，例如非法使用特权指令
-
外中断：
- 时钟中断
- I/O设备请求中断
-
-
中断的实现方式：
- 检查中断信号
- 找到相应的中断处理程序
5. 系统调用（自行理解过程）
五、操作系统体系结构
六、操作系统引导
七、虚拟机
理解两类虚拟机即可
