王道408计算机操作系统第一章

王道408计算机操作系统第一章思维导图，操作系统是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。

第一章

• 第一节
  • 1.1.1操作系统的概念和功能
    • 概念
      • 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/程序员用的
          • 程序接口
            • 即系统调用
      • 对硬件机器的拓展
        • 扩充机器
  • 1.1.2操作系统的特征
    • 并发
      • 并发
        • 指两个或多个事件在同一时间间隔内发生 宏观上是同时发生的，微观上是交替发生的
      • 并行
        • 指两个或多个事件在同一时刻发生
    • 共享
      • 指资源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
          • 系统中的某些资源，虽然可以提供给多个 进程使用，但一个时间段只允许一个进程 访问该资源
        • 同时共享方式
          • 系统中的某些资源，允许一个时间段 内由多个进程同时对他们进行访问
    • 虚拟
      • 时分复用技术（如虚拟处理器）
      • 空分复用技术（如虚拟存储器技术）
    • 异步
• 第二节
  • 1.2操作系统（OS）的发展与分类
    • 手工操作系统
      • 缺点：人机速度矛盾
    • 批处理系统
      • 单道批处理系统（引入脱机输入输出技术）
        • 优点：缓解人机速度矛盾
        • 子主题
      • 多道批处理系统（操作系统开始）
        • 优点：多道程序并发执行，资源利用率高
        • 缺点：不提供人机交互功能
    • 分时操作系统
      • 优点：提供人机交互功能
      • 缺点：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
      • 优点：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
• 第三节
  • 1.3.1操作系统的运行机制
    • 简单了解程序的运行原理
      • 高级语言编写代码→机器指令
      • 程序运行的过程就是CPU执行指令的过程
    • 两类程序
      • 内核程序
      • 应用程序
    • 两类指令
      • 特权指令
      • 非特权指令
    • 两种处理机状态
      • 内核态/核心态/管态
      • 用户态/目态
    • 内核
      • 内核（kernel）是操作系统最重要最核心的部分
      • 由很多内核程序组成操作系统内核
    • 如何变态
      • 内核态→用户态
        • 一条修改PSW的特权指令
      • 用户态→内核态
        • 由中断引起，硬件自动完成
  • 1.3.2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
      • 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）
          • 由陷入指令引起，是应用程序故意引发的
        • 故障（fault）
          • 由错误条件引起的，可能被内核程序修复。内核程序 修复故障后会把CPU使用权还给应用程序，让他继续 执行下去。如：缺页故障
        • 终止（abort）
          • 由致命错误引起，内核程序无法修复该错误，因此 一般不再将CPU使用权还给引发终止的应用程序， 而是直接终止该应用程序。如：整数除0️⃣，非法使用 特权指令
      • 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
      • 找到相应的中断程序
        • 通过“中断向量表”实现
  • 1.3.3系统调用
    • 1.3.3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
      • 系统调用和库函数的区别
        • 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
      • 小例子：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
        • 凡是与共享资源有关的操作、会直接影响到其他进程的操作，就一定需要操作系统介入，就需要通过系统调用来实现
        • 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
• 第四节
  • 1.4.1操作系统体系架构上
    • 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转换，性能低
    • 分层结构
      • 最底层是硬件，最高层是用户接口， 每层可调用更低一层
        • 优点
          • 便于调试和验证，自底向上逐层调试验证
          • 易扩充和易维护，各层之间调用接口清晰稳定
        • 缺点
          • 仅可调用相邻低层，难以合理定义各层的边界
          • 效率低，不可跨层使用，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 主模块：只负责核心功能，如进程调度、内存管理 可加载内核模块：可以动态加载新模块到内核，而无需重新编译整个内核
        • 优点
          • 模块间逻辑清晰易于维护 确定模块接口后即可多模块同时开发
          • 支持动态加载新的内核模块
          • 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。
        • 缺点
          • 模块间的接口定义未必合理 、实用
          • 模块间相互依赖，更难调试和验证
    • 外核
      • 内核负责进程调度进程，通信等功能，外核 负责为用户进程分配未经抽象的硬件资源，且由外核 负责保证资源使用安全。
        • 优点
          • 外核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的使用硬件资源。
          • 减少了虚拟硬件资源的映射层，提升效率。
        • 缺点
          • 降低了系统的一致性
          • 使系统变得更复杂
• 第五节
  • 操作系统引导
• 第六节
  • 1.6虚拟机
• 微内核
  • 微内核
    • 内核是操作系统最基本，最核心的部分。实现操作系统内核的那些程序就是内核程序
    • 时钟管理
      • 实现计时功能
    • 中断处理
      • 负责实现中断机制
    • 原语
      • 是一种特殊的程序
      • 处于操作系统最底层，是最接近硬件的部分
      • 这种程序的运行具有原子性—其运行只能一气呵成，不可中断
      • 运行时间较短、调用频繁
    • 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