计算机系统概述

操作系统的基本概念

操作系统的概念

控制和管理整个计算机系统的硬件及软件资源

操作系统的特征

并发（注意和并行的区别，并行是真正意义上的同一时间执行，并发多个事件在同一时间间隔内发生），共享，虚拟，异步

操作系统的目标和功能

管理功能：处理机管理，存储器管理，文件管理，设备管理 接口功能：命令接口，程序接口 扩充机器：对硬件功能的扩充（发动机——只会转；轮胎——只会滚，扩充功能让我们可以舒适的开车） 封装思想：用户无需关心底层硬件的原理，只需要对操作系统发出命令即可

操作系统的发展与分类

手工操作阶段：需人工干预，效率低批处理阶段：单道批处理系统：内存中始终保存一道作业，作业成批进行。一定程度上缓解人机速度不匹配问题，但资源利用率依然很低；多道批处理系统：允许多个程序在CPU中交替执行，程序共享各种硬件和软件资源。缺点是设计复杂，不能及时响应。

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。缺点是不能处理紧急任务。实时操作系统：保证在规定时间内完成某项任务分布式计算机系统：个人计算机操作系统：

操作系统的运行环境

程序运行：程序运行的过程其实就是CPU执行一条一条的机器指令的过程。

操作系统的运行机制

CPU执行的两类程序：内核程序和应用程序两类指令：特权指令和非特权指令两种处理状态：内核态和用户态如何变态：内核态到用户态，一条修改PSW（程序状态字寄存器，0表示用户态，1表示内核态）的特权指令 用户态到内核态，由中断引起，硬件自动完成。操作系统内核：时钟管理，中断处理，原语，对系统资源进行管理（有的操作系统不把此项归为内核功能能）

中断与异常

中断的作用：中断是让系统内核夺回CPU使用权的唯一途径，是系统从用户态变为内核态；中断类型：内中断（也称异常）：陷入，故障，中止，源自CPU执行指令内部的事件；外中断：时钟中断和I/O中断请求，源自CPU执行指令之外的事件。中断机制的基本原理：检查中断信号，通过中断向量表找到相应的中断处理程序。

系统调用

“系统调用”是操作系统提供给应用程序（程序员/编程人员）使用的接口，可以理解为一种可供应用程序调用的特殊函数，应用程序可以通过系统调用来请求获得操作系统内核的服务。

应用程序通过系统调用请求操作系统的服务。而系统中的各种共享资源都由操作系统内核统一掌管，因此凡是与共享资源有关的操作（如存储分配、I/O操作、文件管理等），都必须通过系统调用的方式向操作系统内核提出服务请求，由操作系统内核代为完成。这样可以保证系统的稳定性和安全性，防止用户进行非法操作。

按功能分类：设备管理，文件管理，进程管理，进程通信，内存管理。

大内核与微内核

大内核

将操作系统的主要功能模块进行集中，从而用以提供高性能的系统服务。优点：模块之间共享信息，有效利用相互之间的有效特性，主要功能模块都作为系统内核，运行在核心态，性能高。缺点：代码庞大，结构混乱，难以维护。

微内核

只将最基本的模块（如进程管理）保留在内核，降低内核设计的复杂性。优点：各个模块可以独立演进，结构清晰，方便维护 缺点：需要频繁的在内核态和用户态之间切换，性能低。