Chapter 1 计算机系统概述

• 特征

  • 并发：两个或多个时间在同一时间间隔内发生（微观上分时交替）。（与“并行”区分
  • 共享：系统中的资源可供内存中多个并发执行的进程共同使用
    • 互斥共享方式
    • 同时访问方式
  • 虚拟：把一个物理上的实体变为若干逻辑上的对应物。
  • 异步：进程的执行以不可预知的速度向前推进。

• 功能

  • 计算机系统资源的管理者

    • 处理机管理->进程管理

    • 存储器管理

    • 设备管理

    • 文件管理

  • 用户与计算机硬件系统之间的接口

    • 命令接口：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：由一组系统调用命令（系统调用、广义指令）组成。
    • 图形接口（GUI)

  • 扩充机器

• 发展与分类

  批处理操作系统—分时操作系统—实时操作系统—网络与分布式操作系统

• 运行机制：区分执行态（为保护系统程序

  • 用户态（目态）

    用户自编程序

  • 核心态（管态、内核态）

    操作系统内核程序

    • 时钟管理
    • 中断机制
    • 原语
    • 系统控制的数据结构及处理

  • 两种状态的切换

    途径：中断或异常，通过硬件实现状态转换

    • 内中断（异常）：源自CPU执行指令内部的时间，如程序的非法操作码、地址越界、算术溢出、虚存系统缺页等事件。不能被屏蔽，一旦出现应立即处理。
    • 外中断：来自CPU执行指令之外的事件的发生，如设备发出的I/O结束中断、时钟中断等，与当前处理机运行的程序无关。

  • 系统调用

    指用户在程序中调用操作系统提供的一些子功能。

    系统调用的处理需要有操作系统内核程序负责完成，要运行在核心态。

    用户程序可以执行“陷入指令”（访管指令或trap指令），此时CPU状态由用户态进入核心态，之后操作系统内核程序再对系统调用请求做出相应处理。

• 体系结构

  • 大内核

    将操作系统的主要功能模块都作为一个紧密联系的整体运行在核心态。

  • 微内核

    为解决操作系统的内核代码难以维护的问题，提出了微内核的体系结构。它将内核中最基本的功能保留在内核，而将那些不需要在核心态执行的功能移到用户态执行，从而降低了内核的设计复杂性。