操作系统第一章思维导图

没有中断机制，就不可能实现操作系统，不可能实现程序并发、让操作系统内核强行夺回CPU的控制权、使CPU从用户态变为内核态等。

操作系统引论

• 操作系统的概念、功能
  • 概念（定义）
    • 负责管理协调硬件、软件等计算机资源的工作
    • 为上层用户、应用程序提供简单易用的服务
    • 是一种系统软件
  • 功能和目标
    • 资源的管理者
      • 处理机管理
      • 存储器管理
      • 文件管理
      • 设备管理
    • 向上层提供服务
      • 给普通用户使用的
        • GUI用户图形界面
        • 命令接口
          • 联机命令接口
          • 脱机命令接口
      • 给软件/程序员使用的
        • 程序接口
          • 系统调用
    • 对硬件机器的扩展
      • 扩展机器
• 操作系统的特征
  • 并发
  • 共享
    • 互斥共享方式
    • 同时共享方式
  • 虚拟
    • 空分复用技术
    • 时分复用技术
  • 异步
• OS的发展与分类
  • 手工操作阶段
    • 缺：人机速度矛盾
  • 批处理阶段
    • 单道批处理系统
      • 优：缓解人机矛盾问题
      • 缺：资源利用率依然很低
    • 多道批处理系统
      • 优：多道程序并发执行，资源利用率高
      • 缺：不提供人机交互功能
  • 分时操作系统
    • 优：提供人机交互功能
    • 缺：不能优先处理紧急任务
  • 实时操作系统
    • 硬实时系统
      • 必须在绝对严格的规定时间内完成处理
    • 软实时系统
      • 能接受偶尔违反时间规定
    • 优：能优先处理紧急任务
  • 网络操作系统
  • 分布式操作系统
  • 个人计算机操作系统
• 操作系统的体系结构
  • 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
    • 优点：高性能
    • 缺点：内核代码庞大，结构混乱，难以维护
  • 微内核
    • 只把最基本的功能保留在内核
    • 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
• 系统调用
  • 什么是系统调用？
    • 操作系统对应用程序/程序员提供的接口
  • 系统调用与库函数的区别
    • 有的库函数是对系统调用的进一步封装
    • 有的库函数没有使用系统调用
  • 为什么系统调用是必须的？
    • Word和WPS同时打印
  • 什么功能要用系统调用实现？
    • 设备管理
    • 文件管理
    • 进程控制
    • 进程通信
    • 内存管理
  • 系统调用的过程
    • 传参
    • 陷入指令/Trap/访管
    • 由操作系统内核程序处理系统调用请求
    • 返回应用程序
• 中断和异常
  • 中断的作用
    • 让操作系统内核强行夺回CPU的控制权
      • 没有中断机制，就不可能实现操作系统，不可能实现程序并发
    • 使CPU从用户态变为内核态
  • 中断的分类
    • 内中断（也称异常、例外）
      • 陷阱、陷入（trap）
      • 故障（fault）
      • 终止（abort）
    • 外中断（也称“中断”）
      • 时钟中断
      • I/O中断请求
  • 中断机制的基本实现原理
    • 检查中断信号
      • 内中断：CPU在执行指令时会检查 是否有异常发生
      • 外中断：每个指令周期末尾，CPU都会检查 是否有外中断信号需要处理
    • 找到相应的中断处理程序
      • 通过“中断向量表”实现