导图社区 ch01 导论_20200211-20200216

ch01 导论_20200211-20200216

总体的介绍操作系统的组成、功能、结构等

编辑于2020-02-23 02:10:50

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蒋龙

导论

1.0：概括

操作系统：管理硬件的程式、为应用程式提供基础、充当硬件与应用程式的中介

1.1：作用

组成：计算机硬体、操作系统、系统程式和应用程式、用户

计算机硬体：CPU、存储设备、输入输出设备

组成：硬件、软件、数据

用户视角

单用户：侧重使用方便，软硬件资源共享，使用的性能是次要的（资源使用率等）

介于单用户与多用户之间：它的侧重点也介于两者之间

多用户：多个访问终端，共同使用同一个主机的情况下，侧重：性能的使用率，资源（CPU时间、内存及I/O）的利用效率

系统视角

可以将其看作是资源分配器，着重是管理一些硬件资源，合理分配硬件资源

防止用户对硬件资源的不合理使用，避免系统无法正常使用

主要针对：CPU时间、内存空间、文件存储空间、I/O设备

操作系统定义

目的：执行用户程式并能更容易地解决用户问题

共同的控制和分配I/O设备资源的功能集合组成了一个软件模块

是一个一直运行在计算机上的程式

1.2：计算机系统组织

计算机系统操作

由一个或者多个CPU和若干个控制器（设备驱动）通过总线连接组成；每一种设备都有特定的驱动，并且与CPU并发运行、共享内存；此时需要内存控制器来协调对内存的访问

引导（固件）

位于：ROM\EEPROM

作用：初始化系统中的所有部分：CPU寄存器、设备控制器、内存内容

必须定位操作系统，并将其载入内存中，开始执行操作系统，之后执行应用程式，及等待事件的发生

事件

事件的发生可用中断表示

硬件：通过系统总线，向CPU发出信号，触发中断

软件：通过执行特殊的程式（系统调用或者称监视器调用），来触发中断

中断执行过程

中断产生

CPU暂停正在处理的事件

转而执行中断服务程式

调用中断执行程式

跳回到之前被中断的程式继续执行

中断机制

中断生产，必须先调用中断检查函数，然后再去调用普通函数；

中断向量表：中断处理程式通过中断向量表来调用中断子程式；

中断向量存储地址

旧的：只是固定在某些地方

新的：系统的堆栈中

发生之前，保存寄存器当前的值；结束之后，将其复原

存储结构

内存

名称：

RAM：随机访问内存（random access memory）

DRAM：动态随机访问内存（dynamic random access memory）

是CPU唯一可直接访问的存储区；其用半导体技术实现

里面存储一个数组，每一个成员都自己地址，CPU与内存通过一系列交互指令来进行数据交互；

load：内存到CPU寄存器

store：CPU寄存器到内存

除如上指令之外，CPU还可以自动将内存数据自动载入其中

一个完整指令周期

CPU从内存中获得指令，并保存到指令寄存器

将保存的指令解码，然后读取操作数或者书写操作数

完成指令对操作数的操作

将得到的结果保存到RAM中

特点

存储空间小；

是易失性存储设备，掉电失去所有内容

辅存

由来：因为RAM，易失性及容量小

主要特点：容量大，永久存储

常用的设备：磁盘：磁盘管理设备

存储设备

分类依据：速度、价格、大小、易失性

一般层次：寄存器、高速缓存、内存（主存）、电子磁盘、磁盘、光盘、磁带

半导体：寄存器、高速缓存、内存（主存）、电子磁盘

非半导体：磁盘、光盘、磁带

易失：寄存器、高速缓存、内存（主存）

易失非易失：电子磁盘

不带电：闪存

带点：一般的电子磁盘，当掉电是，数据从RAM复制到磁盘中，上电之后，数据恢复

非易失：磁盘、光盘、磁带

I/O结构

每个I/O设备都有一组设备驱动程式来维护应用控制程式，主要作用是

外部设备与本地缓冲存储之间进行数据交互

对其他操作系统提供统一的接口

IO设备分类

字符设备：一个字节数据，一个中断，并且通知CPU；

块设备：DMA（direct memory access）;一整块数据传输完成只产生一个中断告诉CPU，大大提高数据传输速率

1.3：计算机系统体系结构

单处理器系统

一个通用的CUP+n个专业CPU

通用CPU检测控制专用CPU

多处处理器系统

名称：并行处理系统、紧耦合处理系统

特点

增加吞吐量

规模经济

增加可靠性

适度退化：能提供与正常硬件成正比的服务的能力

容错：超出适度退化的能力

类型

非对称多处理：

主从关系

每个处理器都有各自的事件，主处理器在处理的同时控制检测从处理器

对称多处理（SMP）主流

对等关系

每个处理器都需要完成操作系统中的所有任务；

UNIX

进程和资源在各处理器之间动态共享

集群系统

定义：共享存储，通过局域网连接，将两个或者多个独立的系统耦合起来

分类

非对称集群：一台机器热备份，一台机器运行，备份机器监视活动机器，如果出现异常，立马替代

对称集群：两台或者多台机器同时独立运行，并且相互监督

并行集群、WAN集群

1.12 计算环境

传统计算

客户机-服务器计算

计算服务器系统

文件服务器系统

对等计算

P2P，是CS的升级

基于Web的计算

单机版，往联网，对等联网方向发展

1.11 专用系统

实时嵌入式系统

没有用户接口，基本是在监视管理控制硬件管理

多媒体系统

手持系统

资源有限，内存大小、CPU处理速度、I/O接口

1.10：分布式系统

定义：是将在物理上分开的、各种异构的OS通过网络连接在一起，为用户提供系统所维护的各种资源的计算机集合

网络：

系统之间的通信路径

按节点距离分类

局域网：LAN：local area network

广域网:WAN wide area network

域域网：MAN metropolitan area network

蓝牙： BlueTooth

小域网： small area network

网络操作系统

提供跨网络文件共享，允许不同计算机上进程的消息共享

1.9保护和安全

原因：OS上面有很多并行执行的进程，因此对OS上的资源需要有效的管理，

保护：是一种控制进程或用户对OS资源访问的机制

安全：

防止系统不受外部或者内部攻击

包括：病毒和蠕虫、拒绝服务攻击、身份偷窃、服务偷窃

一般OS会通过用户ID来实现安全和保护机制

1.8：存储管理

操作系统对存储设备的吴丽丽属性进行抽象，定义逻辑存储单元，及文件

文件系统

程式或者数据