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操作系统:
负责管理协调硬件,软件等计算机资源的工作为上层的应用程序,用户提供简单易用的服务是系统软件,而不是硬件 操作系统(Operating System, OS)是指空值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的分配,与提供给用户和其他软件方面的接口和环境,它是计算机系统中最基本的系统软件.
作为系统资源的管理者,操作系统提供的功能有:处理剂管理,存储器管理,文件管理,设备管理.要实现的目标是安全且高效的完成以上功能.
作为用户和计算机硬件之间的接口,操作系统提供的功能有:命令接口(联机命令接口和脱机命令接口),程序接口和GUI.目标是方便用户使用.其中命令接口允许用户直接使用(联机命令接口:用户说一句,系统做一句(终端中的交互式命令).脱机命令接口:用户说一堆,系统做一堆(.sh文件)).程序接口允许用户通过程序间接使用,由一组系统调用组成.
作为最接近硬件的层次,需要提供的功能和目标:实现对硬件机器的拓展.
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其中并发和共享是两个最基本的特征,二者互为存在条件,
并发是指两个或者多个事件在同一时间间隔内发生,在宏观上是同事发生的,但在微观上是交替发生的.
容易混淆的是并行:指两个或者多个事件在同一时刻同时发生.
当今的多核处理器,每个核心之间是并行处理程序的,每个核心自己并发执行多个程序.异步xing
共享就是资源共享,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.
两种资源共享方式:
互斥共享方式:一个时间只允许一个进程访问该资源(QQ和微信同时视频聊天占用摄像头)同事共享方式:允许一个时间段内有多个进程"同时"对它们进行访问(这里的同时类似并发中的微观上交替访问).(QQ和微信同时发送文件,访问硬盘) 并发性是指计算机系统中同事存在这多个运行着的程序.共享性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.二者互为条件.
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,而逻辑上的对应物是用户感受到的.
虚拟存储器技术可以让实际内存只有4GB,但在用户看来内存似乎远大于4GB.(空分复用技术)
虚拟处理器技术可以让单核的CPU同时运行多个程序,在用户看来似乎有多个CPU一样.(时分复用技术)
如果失去了并发性,那么就谈不上并发性了.
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进.(资源占用导致阻塞)
系统拥有并发性,才有可能导致异步性.
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无操作系统,纸带打孔时代.
CPU速度远大于输入输出,且用户独占全机,导致资源利用率极低.
由外围机将多个纸带机的输入存储在磁带中,组成工作队列,计算机按照队列执行任务.
解决了一定程度的人机速度矛盾,资源利用率有所提升.缺点在于内存中只能有一道程序运行,CPU还是有大量的空闲时间.
处理作业的过程:读入作业1–>计算作业1–>输出作业1–>读入作业2–>计算作业2–>输出作业2–>读入作业3–>计算作业3–>输出作业3
计算机一次从磁带中读入多道程序,程序会并发的执行,需要中断技术的支持.操作系统正式诞生.
优点:并发执行,共享计算机资源,资源利用率大大提升,系统吞吐量大.
缺点:用户响应时间长,没有人机交互.
处理作业的过程:读入作业1–>计算作业1(同时读入作业2)–>输出作业1(同时计算作业2,读入作业3)–>计算作业3(同时输出作业2)–>输出作业3.
计算机以时间片为单位轮流为各个用户/作业服务.
优点:用户请求可以被即时响应,解决了人机介乎问题
缺点:不能优先处理一些紧急任务.
计算机系统接收到外部信号后即时进行处理,并且要在严格的实现内处理完成.主要特点是及时性和可靠性.
优点:能够响应一些紧急任务,这种紧急任务不需要排队.
可以分为:
硬实时操作系统:必须在绝对严格的时间内完成处理(导弹控制系统等)软实时操作系统:能够接受偶尔违反时间规定 网络操作系统:将网络中的得得计算机邮寄结合起来,实现网络中各种资源的共享和各台计算机之间的通信.
分布式操作系统:分布性和并行性.系统中的各台计算机地位相同,任何工作都可以分布在这些计算机上,由它们并行,协同完成这些任务.
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操作系统有两种指令:特权指令(内存清零)和**非特权指令(普通的运算指令).两种处理器状态:用户态(只能执行非特权指令)和核心态**(可以执行特权指令),由程序状态寄存器(PSW)中的某标志位来标识状态.
那么运行在操作系统的程序也可以被分为**内核程序和应用程序**.内核程序运行在核心态,可以执行特权指令和非特权指令.应用程序运行在用户态,只能执行非特权指令.
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内核是计算机上配置的底层软件,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那些程序就是内核程序.
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操作系统分为大内核和微内核两种.大内核操作系统将主要功能模块都作为系统内核,运行在核心态.而微内核操作系统只将最基本的功能保留在内核,复杂的功能调用系统内核中的基本功能.
大内核相对微内核性能更好,因为一个功能模块在大内核操作系统中不需要多次调用系统内核,直接一次性在内核中做好就可以了.但缺点是内核代码庞大,结构混乱,难以维护.
微内核优点在于内核功能少,结构清晰,缺点是需要频繁的在用户态和核心态之间切换.
多道程序并发执行需要操作系统不定时的切换正在执行的任务.
中断机制的本质就是需要操作系统介入,开展管理工作.
当中断发生后,CPU立即进入核心态当中断发生后,当前运行的进程会被暂停,并由操作系统对终端进行处理对于不同的中断信号,操作系统会进行不同的处理 中断可以使CPU从用户态切换为核心态,使操作系统获得计算机的控制权.
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