操作系统
C1 计算机系统概述
1.1操作系统的特征
操作系统基本特征：并发，共享，虚拟，异步
并发和共享式操作系统两个最基本的特征。
并发：多个事件在同一时间间隔内发生。
共享：资源共享，可供内存中多个并发执行的进程共同使用。
? 互斥共享方式：一段时间内只允许一个进程访问，如临界资源
? 同时访问方式：一段时间内可以多个进程访问，如磁盘
虚拟：将物理上的实体变为逻辑上的对应物。
? 时分复用技术，空分复用技术
? 虚拟处理器：多道程序并发执行，分时使用一个处理器。
? 虚拟外部设备：一台I/O设备虚拟为多提逻辑上的I/O设备，每个用户占用一台逻辑上的I/O设备
异步：程序以不可预知的速度执行，断断续续。
1.2操作系统目标与功能
计算机系统资源的管理者
处理机管理，存储器管理，文件管理，设备管理
为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：适用于分时/实时操作系统，人机交互
脱机命令接口：适用于批处理系统，用户不能干预作业运行
程序接口
由一组系统调用组成，用户通过使用这些系统调用来请求操作系统为其提供服务。
用作扩充机器
没有任何软件支持的计算机称为裸机，通过操作系统对其进行扩充，称为扩充机器或虚拟机
1.3发展与分类
手工操作阶段：无操作系统，所有工作都需要人工干预。突出缺点，用户独占全机，CPU利用不充分。
批处理阶段：操作系统开始出现，解决人机矛盾以及主机速度不匹配问题，
单道批处理系统：成批进行，内存中始终保持一道程序。
? 自动性，顺序性，单道性。
多道批处理系统：多个进程进入内存在CPU中交替运行，共享系统资源。
? 多道，宏观上并行，微观上串行
分时操作系统：利用时间片分配进程运行时间，运行用户进行交互。
? 同时性/多路性，交互性，独立性，及时性
实时操作系统：紧急任务不需要排队等候时间片。
? 硬实时系统：必须按照规定时间响应，否则发生不可逆的后果。
? 软实时系统：偶尔违反时间规定，不会引起永久性损害
网络操作系统：将计算机网络中的各台计算机连接起来，资源共享以及通信。
分布式计算机系统：系统中两台计算机交换性息，没有主从机之分，资源共享，可构成子系统，重构；任何工作都可以分布在机台计算机上，并行工作协同完成。
? 分布性，实时性
个人计算机操作系统：windows，linux。
1.4操作系统的运行环境
运行机制
时钟管理：计时，时钟中断进程切换
中断机制：一小部分属于内核，保护/恢复现场，转移控制权
原语：处于操作系统最底层，运行时间短，具有原子性，不能分割的操作
系统控制的数据结构及处理：进程管理，存储器管理，设备管理
中断和异常的概念
中断：外中断，强迫中断，外设请求，人工干预
异常：内中断，自愿中断，硬件故障，软件中断
中断处理的过程
1-3，由硬件自动完成（中断隐指令），4-9，由中断服务程序完成。恢复现场在中断返回之前，将寄存器的内容恢复到中断之前，由中断处理程序完成。
系统调用
用户在程序中调用操作系统所提供的一些子功能，特殊的公共子程序。
设备管理，文件管理，进程控制，进程通信，内存管理，
用户态进入核心态，不仅状态需要切换，而且所有的堆栈也需要用户堆栈换为系统堆栈，系统堆栈属于该进程；访管指令在用户态使用，不是特权指令。
1.5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运行在核心态，提供更高效的服务。硬件成本大，管理复杂
微内核：最基本的功能保留在内核，分离了内核与服务，服务与服务。需要频繁切换状态，开销大。