操作系统知识点总结

第一章

1.1_1 操作系统的概念、功能和目标

操作系统（Operating System, OS）：是指控制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。

作为用户和计算机硬件之间的接口

提供的功能
- 命令接口（联机命令接口|脱机命令接口）
- 程序接口
- GUI（图形用户界面win|ios|andrio）
目标
- 方便用户使用

1.1_2 操作系统的特征

并发|并行

并发：多个事件交替发生（宏观同时发生、微观交替进行）

并行：多个事件同时发生

共享

两种资源共享方式

互斥共享方式：一个时间段内只允许一个进程访问该资源
同时共享方式：允许一个时间段内由多个进程“同时”对它们进行访问

虚拟

概念：把一个物理上的实体变为若干个逻辑上的对应物

空分复用计数
时分复用计数

异步

概念：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，而是走走停停的，以不可预知的速度向前推进。只有系统拥有并发性，才有可能导致异步性。

1.1_3 操作系统的发展与分类

OS的发展与分类

手工操作阶段
- 纸带机（用户独占全机、人机速度矛盾）
批处理阶段
- 单道批处理系统（外围机——磁带）
- 多道批处理系统（操作系统开始出现）
分时操作系统
- 轮流处理作业
- 不能处理紧急任务
实时操作系统
- 优先处理紧急任务
- 硬实时系统：必须在严格的时间内完成处理
- 软实时系统：可以偶尔犯错
网络操作系统
分布式操作系统
个人计算机操作系统

1.1_4 操作系统的运行机制与体系结构

OS的运行机制和体系结构

运行机制
两种指令
- 特权指令
- 非特权指令
两种处理器状态
- 核心态（root）
- 用户态
两种程序
- 内核程序(运行在核心态 )
- 应用程序
操作系统内核
- 时钟管理（实现计时功能）
- 中断处理
- 原语（特殊程序，运行具有原子性，其运行只能一气呵成，不可中断）
对系统资源进行管理的功能
- 进程管理
- 存储器管理
- 设备管理
操作系统的体系结构
- 分层结构（内核分多层，每层可单向调用更低一层提供的接口）
  
  优点：* 便于调试和验证；易扩充和易维护，各层之间调用接口清晰固定
  
  缺点：* 效率低，不可跨层调用，系统调用执行时间长
- 模块化（将内核划分为多个模块，各模块之间相互协作）
  
  内核 = 主模块 + 可加载内核模块
  
  优点：* 任何模块都可以直接调用其他模块，无需采用消息传递进行通信，效率高
  
  * 支持动态加载新的内核模块，增强OS适应性
  
  模块间逻辑清晰易于维护，确定模块间接口后可多模块同时开发
  
  缺点：
- 大内核（将操作系统的主要功能模块都作为系统内核，运行在核心态）Linux、Unix
  
  优点：高性能，内核各功能可互相调用
  
  缺点：内核代码庞大，结构混乱，难以维护
  
  某个模块出错，可能导致整个系统崩溃
- 微内核（只把最基本的功能保留在内核，即时钟管理、中断处理和原语）
  
  优点：内核功能少，结构清晰，方便维护
  
  缺点：需要频繁地在核心态和用户态之间切换，性能低
- *外核（负责为用户进程分配未经抽象的硬件资源，保证资源使用的安全）
  
  优点：* 减少了虚拟硬件资源的“映射层”，提高效率
  
  * 可直接给用户进程分配“不虚拟、不抽象”的硬件资源，使用户进程可以更灵活使用硬件资源
  
  缺点：减低系统一致性
  
  使系统变得更加复杂