作業系統第一章作業系統概論

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作業系統:

負責管理協調硬體,軟體等計算機資源的工作

為上層的應用程式,使用者提供簡單易用的服務

是系統軟體,而不是硬體

作業系統(operating system, os)是指空值和管理整個計算機系統的硬體和軟體資源,並合理地組織排程計算機的工作和資源的分配,與提供給使用者和其他軟體方面的介面和環境,它是計算機系統中最基本的系統軟體.

作為系統資源的管理者,作業系統提供的功能有:處理劑管理,儲存器管理,檔案管理,裝置管理.要實現的目標是安全且高效的完成以上功能.

作為使用者和計算機硬體之間的介面,作業系統提供的功能有:命令介面(聯機命令介面和離線命令介面),程式介面和gui.目標是方便使用者使用.其中命令介面允許使用者直接使用(聯機命令介面:使用者說一句,系統做一句(終端中的互動式命令).離線命令介面:使用者說一堆,系統做一堆(.s**件)).程式介面允許使用者通過程式間接使用,由一組系統呼叫組成.

作為最接近硬體的層次,需要提供的功能和目標:實現對硬體機器的拓展.

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其中併發和共享是兩個最基本的特徵,二者互為存在條件,

併發是指兩個或者多個事件在同一時間間隔內發生,在巨集觀上是同事發生的,但在微觀上是交替發生的.

容易混淆的是並行:指兩個或者多個事件在同一時刻同時發生.

當今的多核處理器,每個核心之間是並行處理程式的,每個核心自己併發執行多個程式.非同步xing

共享就是資源共享,是指系統中的資源可供記憶體中多個併發執行的程序共同使用.

兩種資源共享方式:

併發性是指計算機系統中同事存在這多個執行著的程式.共享性是指系統中的資源可供記憶體中多個併發執行的程序共同使用.二者互為條件.

虛擬是指把乙個物理上的實體變為若干個邏輯上的對應物.物理實體是實際存在的,而邏輯上的對應物是使用者感受到的.

虛擬儲存器技術可以讓實際記憶體只有4gb,但在使用者看來記憶體似乎遠大於4gb.(空分復用技術)

虛擬處理器技術可以讓單核的cpu同時執行多個程式,在使用者看來似乎有多個cpu一樣.(時分復用技術)

如果失去了併發性,那麼就談不上併發性了.

非同步是指,在多道程式環境下,允許多個程式併發執行,但由於資源有限,程序的執行不是一貫到底的,而是走走停停,以不可預知的速度向前推進.(資源占用導致阻塞)

系統擁有併發性,才有可能導致非同步性.

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無作業系統,紙帶打孔時代.

cpu速度遠大於輸入輸出,且使用者獨佔全機,導致資源利用率極低.

由外圍機將多個紙帶機的輸入儲存在磁帶中,組成工作佇列,計算機按照佇列執行任務.

解決了一定程度的人機速度矛盾,資源利用率有所提公升.缺點在於記憶體中只能有一道程式執行,cpu還是有大量的空閒時間.

處理作業的過程:讀入作業1–>計算作業1–>輸出作業1–>讀入作業2–>計算作業2–>輸出作業2–>讀入作業3–>計算作業3–>輸出作業3

計算機一次從磁帶中讀入多道程式,程式會併發的執行,需要中斷技術的支援.作業系統正式誕生.

優點:併發執行,共享計算機資源,資源利用率大大提公升,系統吞吐量大.

缺點:使用者響應時間長,沒有人機互動.

處理作業的過程:讀入作業1–>計算作業1(同時讀入作業2)–>輸出作業1(同時計算作業2,讀入作業3)–>計算作業3(同時輸出作業2)–>輸出作業3.

計算機以時間片為單位輪流為各個使用者/作業服務.

優點:使用者請求可以被即時響應,解決了人機介乎問題

缺點:不能優先處理一些緊急任務.

計算機系統接收到外部訊號後即時進行處理,並且要在嚴格的實現內處理完成.主要特點是及時性和可靠性.

優點:能夠響應一些緊急任務,這種緊急任務不需要排隊.

可以分為:

網路作業系統:將網路中的得得計算機郵寄結合起來,實現網路中各種資源的共享和各台計算機之間的通訊.

分布式作業系統:分布性和並行性.系統中的各台計算機地位相同,任何工作都可以分布在這些計算機上,由它們並行,協同完成這些任務.

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作業系統有兩種指令:特權指令(記憶體清零)和**非特權指令(普通的運算指令).兩種處理器狀態:使用者態(只能執行非特權指令)和核心態**(可以執行特權指令),由程式狀態暫存器(psw)中的某標誌位來標識狀態.

那麼執行在作業系統的程式也可以被分為**核心程式和應用程式**.核心程式執行在核心態,可以執行特權指令和非特權指令.應用程式執行在使用者態,只能執行非特權指令.

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核心是計算機上配置的底層軟體,是作業系統最基本,最核心的部分.實現作業系統核心功能的那些程式就是核心程式.

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作業系統分為大核心和微核心兩種.大核心作業系統將主要功能模組都作為系統核心,執行在核心態.而微核心作業系統只將最基本的功能保留在核心,複雜的功能呼叫系統核心中的基本功能.

大核心相對微核心效能更好,因為乙個功能模組在大核心作業系統中不需要多次呼叫系統核心,直接一次性在核心中做好就可以了.但缺點是核心**龐大,結構混亂,難以維護.

微核心優點在於核心功能少,結構清晰,缺點是需要頻繁的在使用者態和核心態之間切換.

多道程式併發執行需要作業系統不定時的切換正在執行的任務.

中斷機制的本質就是需要作業系統介入,開展管理工作.

當中斷發生後,cpu立即進入核心態

當中斷發生後,當前執行的程序會被暫停,並由作業系統對終端進行處理

對於不同的中斷訊號,作業系統會進行不同的處理

中斷可以使cpu從使用者態切換為核心態,使作業系統獲得計算機的控制權.

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執行完每個指令之後,cpu都會檢查當前是否有外部中斷訊號.

如果檢測到外部中斷訊號,則需要保護被中斷程序的cpu環境(儲存).

根據中斷訊號型別轉入響應的中斷處理程式.

恢復原程序的cpu環境並退出中斷,返回原程序繼續向下執行.

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第一章預習，作業系統概論

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