1 操作系统
1
2
3
4
5
6
7
8
操作系统是控制和管理硬件和软件资源，组织调度计算机的工作和资源的分配，提供给用户和其他软件接口和环境的系统软件

提供的功能:处理机管理、存储器管理、文件管理、设备管理
目标：向上层提供方便易用的服务、对硬件机器实现扩展

GUI、
联机命令接口=交互式命令接口、脱机命令接口=批处理命令接口、
程序接口(通过系统调用来使用，系统调用也叫广义指令)
1
2
3
4
5
6
7
特征：并发(和并行容易混淆)、共享、虚拟、异步

并发：单核CPU只能并行执行一个程序，可以并发执行多个程序，多核可以并行多个
共享：互斥共享和同时共享(宏观上同时，微观上可能是交替的，即分时共享)
虚拟：时分复用和空分复用

并发和共享是操作系统最基本的2个特征
1
2
3
4
5
6
7
发展过程
1)手工操作：
2)单道批处理：引入脱机输入/输出技术，由监督程序控制作业输入输出
3)多道批处理：可以并发执行，共享计算机资源，资源利用率提升，缺点-没有人机交互
4)分时操作系统：以时间片为单位轮流为各个用户/作业服务，实现了人机交互，缺点-不能优先处理紧急任务
5)实时操作系统：要在严格的时限内处理完时间，具有及时性和可靠性
硬实时：严格完成，软实时：接受偶尔
1
2
3
4
5
运行机制
指令、内核程序/应用程序、特权指令/非特权指令、内核态管态/用户态目态
程序状态寄存器PSW，用1来表示内核态
内核->用户态，由特权指令修改PSW
用户->内核态，由中断信号，硬件来触发的
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
中断
是让CPU变回管态的唯一途径
内中断：和运行的指令有关，来自CPU内部，如(陷入、故障、终止)，称为异常
外中断：来自CPU外部，如(时钟中断、IO中断请求)

陷入指令:应用程序需要内核提供服务时，用来触发中断信号的，也是内中断，不是特权指令，也叫trap指定、访管指令
时钟中断：由硬件触发的中断信号，是外中断

实现原理：
1)检查中断信号：内中断-CPU执行指令时会检查异常，外中断-CPU在每个指令周期末尾会检查外中断信号
2)中断向量表：不同的中断信号，需要找到不同的中断处理程序
1
2
3
4
系统调用
凡是和共享资源有关的操作都要通过系统调用提出服务请求，实现稳定性和安全性

应用程序--传参指令--陷入指令(用户态)--系统调用入口程序(核心态)--调用的程序--应用程序
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
内核
宏内核、微内核，内核必须包含：时钟管理、中断处理、原语，宏内核还包含了：进程管理、存储器管理、设备管理
宏内核高性能，微内核结构清晰，可靠性高，不容易崩溃

分层结构:每一层只能调用更低一层，便于调试和验证，易于扩充和维护，缺点-分层难以界定，不可跨层调用效率低

模块化：按功能划分为多个模块，内核=主模块+可加载内核模块，优点-逻辑清晰、支持动态加载新的内核模块、效率高，缺点-模块接口未必合理、模块相互依赖，调试和验证困难

外核:内核负责进程调度、进程通信等，外核负责为进程分配未经抽象的硬件资源，并保证资源使用安全，优点-用户进程可以灵活使用硬件资源，提高效率，缺点-降低系统一致性，系统复杂

消息传递：进程管理，进程间通信需要消息传递
1
2
3
4
5
6
7
8
9
系统引导
MBR主引导记录(磁盘引导程序 + 分区表) + C盘(PBR引导记录 + 根目录)
主存分为RAM + ROM(BIOS包含ROM引导程序，也叫自举程序)

1)CPU从特点内存地址开始，执行ROM引导程序，先硬件自检再开机
2)将磁盘第一块-MBR读入内存，执行磁盘引导程序，扫描分区表
3)将活动分区(即主分区)的PBR读入内存，执行其中程序
4)从根目录找到启动管理器并执行
即ROM--MBR--PBR--启动管理器(后边3个依次读入RAM)
1
2
3
4
5
虚拟机
把一台物理机虚拟为多个虚拟机，都可以独立运行操作系统
第一类：硬件--虚拟管理程序--各种系统
第二类：硬件--宿主系统--VMVare--各种系统
对比：资源分配、性能、支持的虚拟机数量、可迁移性、运行模式和特权指令
2 进程

P11