计算机操作系统——概述

本是古典何须时尚 2021-12-01 09:59 390阅读 0赞

# 基本特征 #

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## 1. 并发 ##

并发是指宏观上在一段时间内能同时运行多个程序，而并行则指同一时刻能运行多个指令。

并行需要硬件支持，如多流水线、多核处理器或者分布式计算系统。

操作系统通过引入进程和线程，使得程序能够并发运行。

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## 2. 共享 ##

共享是指系统中的资源可以被多个并发进程共同使用。

有两种共享方式：互斥共享和同时共享。

互斥共享的资源称为临界资源，例如打印机等，在同一时刻只允许一个进程访问，需要用同步机制来实现互斥访问。

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## 3. 虚拟 ##

虚拟技术把一个物理实体转换为多个逻辑实体。

主要有两种虚拟技术：时（时间）分复用技术和空（空间）分复用技术。

多个进程能在同一个处理器上并发执行使用了时分复用技术，让每个进程轮流占用处理器，每次只执行一小个时间片并快速切换。

虚拟内存使用了空分复用技术，它将物理内存抽象为地址空间，每个进程都有各自的地址空间。地址空间的页被映射到物理内存，地址空间的页并不需要全部在物理内存中，当使用到一个没有在物理内存的页时，执行页面置换算法，将该页置换到内存中。

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## 4. 异步 ##

异步指进程不是一次性执行完毕，而是走走停停，以不可知的速度向前推进。

# 基本功能 #

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## 1. 进程管理 ##

进程控制、进程同步、进程通信、死锁处理、处理机调度等。

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## 2. 内存管理 ##

内存分配、地址映射、内存保护与共享、虚拟内存等。

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## 3. 文件管理 ##

文件存储空间的管理、目录管理、文件读写管理和保护等。

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## 4. 设备管理 ##

完成用户的 I/O 请求，方便用户使用各种设备，并提高设备的利用率。

主要包括缓冲管理、设备分配、设备处理、虛拟设备等。

# 系统调用 #

如果一个进程在用户态需要使用内核态的功能，就进行系统调用从而陷入内核，由操作系统代为完成。

[![aHR0cHM6Ly9naXRodWIuY29tL0N5QzIwMTgvQ1MtTm90ZXMvcmF3L21hc3Rlci9ub3Rlcy9waWNzL3RHUFYwLnBuZw][]][aHR0cHM6Ly9naXRodWIuY29tL0N5QzIwMTgvQ1MtTm90ZXMvcmF3L21hc3Rlci9ub3Rlcy9waWNzL3RHUFYwLnBuZw 1]

Linux 的系统调用主要有以下这些：

<table> 
 <thead> 
  <tr> 
   <th>Task</th> 
   <th>Commands</th> 
  </tr> 
 </thead> 
 <tbody> 
  <tr> 
   <td>进程控制</td> 
   <td>fork(); exit(); wait();</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>进程通信</td> 
   <td>pipe(); shmget(); mmap();</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>文件操作</td> 
   <td>open(); read(); write();</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>设备操作</td> 
   <td>ioctl(); read(); write();</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>信息维护</td> 
   <td>getpid(); alarm(); sleep();</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>安全</td> 
   <td>chmod(); umask(); chown();</td> 
  </tr> 
 </tbody> 
</table>

# 大内核和微内核 #

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## 1. 大内核 ##

大内核是将操作系统功能作为一个紧密结合的整体放到内核。

由于各模块共享信息，因此有很高的性能。

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## 2. 微内核 ##

由于操作系统不断复杂，因此将一部分操作系统功能移出内核，从而降低内核的复杂性。移出的部分根据分层的原则划分成若干服务，相互独立。

在微内核结构下，操作系统被划分成小的、定义良好的模块，只有微内核这一个模块运行在内核态，其余模块运行在用户态。

因为需要频繁地在用户态和核心态之间进行切换，所以会有一定的性能损失。

[![aHR0cHM6Ly9naXRodWIuY29tL0N5QzIwMTgvQ1MtTm90ZXMvcmF3L21hc3Rlci9ub3Rlcy9waWNzLzJfMTRfbWljcm9rZXJuZWxBcmNoaXRlY3R1cmUuanBn][]][aHR0cHM6Ly9naXRodWIuY29tL0N5QzIwMTgvQ1MtTm90ZXMvcmF3L21hc3Rlci9ub3Rlcy9waWNzLzJfMTRfbWljcm9rZXJuZWxBcmNoaXRlY3R1cmUuanBn 1]

# 中断分类 #

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## 1. 外中断 ##

由 CPU 执行指令以外的事件引起，如 I/O 完成中断，表示设备输入/输出处理已经完成，处理器能够发送下一个输入/输出请求。此外还有时钟中断、控制台中断等。

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## 2. 异常 ##

由 CPU 执行指令的内部事件引起，如非法操作码、地址越界、算术溢出等。

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## 3. 陷入 ##

在用户程序中使用系统调用。

# 转自：[https://github.com/CyC2018/CS-Notes/blob/master/notes/%E8%AE%A1%E7%AE%97%E6%9C%BA%E6%93%8D%E4%BD%9C%E7%B3%BB%E7%BB%9F%20-%20%E6%A6%82%E8%BF%B0.md][https_github.com_CyC2018_CS-Notes_blob_master_notes_E8_AE_A1_E7_AE_97_E6_9C_BA_E6_93_8D_E4_BD_9C_E7_B3_BB_E7_BB_9F_20-_20_E6_A6_82_E8_BF_B0.md] #

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[https_github.com_CyC2018_CS-Notes_blob_master_notes_E8_AE_A1_E7_AE_97_E6_9C_BA_E6_93_8D_E4_BD_9C_E7_B3_BB_E7_BB_9F_20-_20_E6_A6_82_E8_BF_B0.md]: https://github.com/CyC2018/CS-Notes/blob/master/notes/%E8%AE%A1%E7%AE%97%E6%9C%BA%E6%93%8D%E4%BD%9C%E7%B3%BB%E7%BB%9F%20-%20%E6%A6%82%E8%BF%B0.md