【操作系统-chapter1】操作系统概述

1. 操作系统的基本概念

1.1 操作系统的概念

1.1.1 操作系统的概念（定义）

操作系统：

1. （管理者）控制和管理整个计算机的软件和硬件资源，使其高效协调的工作。
2. （服务者）提供给用户和其他软件方便的接口和环境。
3. （系统软件）它是计算机系统中最基本的系统软件。

1.1.2 操作系统的目标与功能

做为管理者提供的功能及其目标：

作为服务者：

1.1.3 小结

1.2 操作系统的特征

* 操作系统的特征1. 并发性：计算机系统中运行这多个程序，这些程序宏观上看是同时运算的，但是微观上是交替运行的。* 区别并发与并行1. 并发：指两个或多个事件在同一时间间隔内发生。2. 并行：指两个或多个事件在同一时刻同时发生。* 区别单核与多核1. 单核CPU同一时间只能执行一个程序，多个程序只能并发执行2. 多核CPU同一时间可以执行多个程序，多个程序可以并行执行2. 共享性：系统中的资源可供内存中的多个并发执行的进程共同使用。* 分类：1. 互斥共享：同一时间间隔内只允许一个进程访问资源2. 同时共享：多个进程可以并发或者并行的访问资源。3. 虚拟性：把一个物理上的实体变为若干个逻辑上的对应物。* 分类：* 空分复用技术（如虚拟存储器技术，一个4G内存能运行多个4G程序）* 时分复用技术（虚拟处理器技术，单核CPU能够处理多个程序）4. 异步性：多道程序设计环境下，允许多个程序并发的进行，但是由于资源有限，进程的执行不是一贯到底的，而是走走停停，以不可预知的速度向前推进。

注意：共享性、虚拟性、异步性都是由并发性导致的。而并发性是为了解决资源有限的一种方案，这一切的一切都是由于资源有限导致的。

1.3 OS的发展与分类

2. 操作系统的运行环境

2.1 操作系统的运行机制

注意：

1. 我们平时写的程序就是应用程序；负责实现操作系统的程序是内核程序，而这些程序构成了“操作系统内核”，简称“内核”。“内核”是操作系统最核心最重要，最贴近硬件的部分。
2. 应用程序只能使用非特权指令，内核程序可以使用特权指令。如果应用程序使用了特权指令，最造成中断，使得操作系统变内核态。 注意：CPU设计和生产的时候就划分了特权指令和非特权指令，即CPU能直接区分特权指令和非特权指令。
3. CPU怎么区分正在运行的程序是内核程序还是应用程序？ CPU有内核态和用户态两种，用状态来区分。 CPU中有一个寄存器叫程序状态字(PSW)，其中有一个二进制位来表示CPU是内核态还是用户态。
4. 用户态和内核态的切换

2.2 中断与异常

2.2.1 中断的作用与分类

1. 中断的作用：使CPU由用户态变为内核态，使操作系统重新夺回对CPU的控制权。2. 中断的分类：1. 内中断（异常）：与当前执行的指令有关，中断信号来自于CPU内部【通常由非法指令或者陷入指令导致】2. 外中断（中断）：与当前执行的指令无关，中断信号来自于CPU外部，比如时钟中断，每50ms给CPU一个中断，让CPU转为内核态去处理一些事情* 注意：1. 广义的中断指内中断和外中断，侠义的中断只是指外中断，如果没有指明是什么中断，则默认是侠义上的中断。2. 每一条指令执行结束后，CPU都会例行检测是否有外中断信号。

2.2.2 中断机制的基本原理

2.2.3 小结

3. 操作系统的体系结构

注意：变态的过程是有成本的，要消耗不少时间。