OS第一章

这是一篇关于OS第一章的思维导图，介绍了0S基本概念、 0S的发展、 0S的运行环境等。

操作系统第一章

• 1.1 OS基本概念
  • OS是什么
    • 操作系统是指 控制和管理 整个计算机系统的硬件与软件 资源，合理地组织、调度 计算机的 工作与资源 的分配，进而为用户和其他软件提供方便 接口与环境的 程序集合。操作系统是计算机系统中最基本的系统软件。操作系统是软件核心。
  • OS特征
    • 并发
      • 并发是同一时间间隔；通过分时得以实现； 并行是同一时刻；需要相关硬件的支持，如流水线或多处理机硬件环境
    • 共享
      • 互斥共享：临界资源，在一段时间内只允许一个进程访问的资源，临界资源要求被互斥共享；同时访问：磁盘设备；
    • 虚拟
      • 时分复用技术-多个CPU空分复用技术-扩充内存
    • 异步
      • 各进程向前推进的速度不相等
  • OS的目标和功能
    • 计算机系统资源管理者
      • 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；内存管理：内存的分配与回收、地址映射、内存保护与共享、内存扩充；文件管理：文件存储空间的管理、目录管理、文件读写管理、文件保护；IO管理： 缓冲管理、设备分配、设备处理、虚拟设备；
    • 用户与计算机硬件系统之间的接口
      • 命令接口
        • 联机控制方式(交互式命令接口)
          • 类似cmd命令窗口
        • 脱机控制方式(批处理命令接口)
          • 日常编程
      • 程序接口(广义指令)
        • 比如GUI
    • 实现了对计算机资源的扩充
• 1.2 OS的发展
  • 手工阶段
    • 用户独占全机，资源利用率低、CPU利用不充分；
  • 单道批处理系统
    • 为解决 人机矛盾 以及 CPU和IO设备速率不匹配 的矛盾中形成的； 特点：自动(顺利情况下一批作业能自动逐个运行，不需人干预) 、 顺序执行、单道(程序完成或发生异常才换入后继程序)； 缺点：每次内存只存放一道作业，当发生IO请求时，需等待低速的IO
  • 多道批处理
    • 为了进一步 提高 资源的利用率 和 系统的吞吐量，引入了多道程序技术； 特点：多道、宏观并行、微观串行； 优点：资源利用率高、系统吞吐量大； 缺点：用户响应时间长、不提供人机交互功能(用户不知道自己程序运行情况 ， 也不能控制计算机)； 需解决问题：如何分配处理器、多道程序的内存分配问题、IO如何分配 、 如何组织存放大量程序和数据且保证安全性和一致性；
  • 分时操作系统
    • 采用时间片方式，可以人机交互； 同时性：多个用户使用同一台计算机； 交互性：用户通过终端采用人机对话的方式直接控制程序运行； 独立性：系统中多个用户可以彼此独立地进行操作，互不干扰；及时性：用户请求能在很短时间内获得响应；
  • 实时操作系统
    • 在一些应用场合，需要系统能对外部的信息在规定的时间(比时间片的时间还短)内做出处理(比如飞机订票系统或导弹制导系统)，因此，实时操作系统应运而生。 特点：及时 可靠； 分类：硬/软 实时系统
  • 网络操作系统
    • 网络中各种 资源的共享 及各台 计算机通信
  • 分布式操作系统
    • 分布式OS与网络OS的本质不同是，分布式操作系统中的若干计算机相互协同完成同一任务。特点：分布性、并行性
  • 个人计算机
• 1.3 OS的运行环境
  • 执行程序，就是CPU根据一条条的指令来执行一个个具体的操作。 CPU 执行两种不同性质的程序：一种是操作系统内核程序； 另一种是用户自编程序（即系统外层的应用程序，或简称“应用程序”)。 对操作系统而言，这两种程序的作用不同，前者是后者的管理者，因此“管理程序”(即内核程序)要执行一些特权指令，而“被管理程序”(即用户自编程序）出于安全考虑不能执行这些指令。 在具体实现上，将CPU的运行模式 划分为 用户态(目态) 和 核心态 (又称管态、内核态)。 内核是计算机上配置的底层软件，它管理着系统的各种资源，可以看作是连接应用程序和硬件的一座桥梁。
  • CPU状态
    • 分类
      • 用户态，切换到用户态的指令也是特权指令；
      • 核心态
    • 用户态->核心态
      • 中断
      • 异常
      • 访管指令
  • 操作系统内核
    • 时钟管理
      • 计时
      • 进程切换（时间片轮转调度）
    • 中断机制
    • 原语
      • 比如设备驱动控制，CPU切换
    • 系统中的数据结构及处理
      • 进程管理
      • 存储器管理
      • 设备管理
  • 中断和异常
  • 系统调用
    • 设备管理
    • 文件管理
    • 进程控制
    • 进程通信
    • 内存管理
• 1.4 体系结构
  • 这里就类似中央是否集中权利进行管理 集权程度高，就是大内核操作 放权程度高，就是微内核操作
  • 大内核体系结构
  • 微内核体系结构
• 1.5 OS引导 与 虚拟机