《现代操作系统》第1章 引论


操作系统的定义

操作系统是一种运行在内核态的软件,是控制和管理计算机系统内各种硬件和软件资源,有效组织多道程序运行的系统软件(或程序集合),是用户与计算机之间的接口。

操作系统的功能

操作系统的主要功能是资源管理,程序控制和人机交互等。

操作系统的历史

第一代:真空管和穿孔卡片

第二代:晶体管和批处理系统

第三代:集成电路芯片和多道程序设计

第四代:个人计算机

操作系统的类型

大型机操作系统、服务器操作系统、多处理器操作系统、个人计算机操作系统、掌上计算机操作系统、嵌入式操作系统、传感器节点操作系统、实时操作系统、智能卡操作系统

计算机硬件

CPU

从内存中读指令,解码并执行之。

每个CPU都有一套可执行的指令集

CPU中的寄存器:

  • 通用寄存器(保存变量和临时结果)
  • 程序计数器(下一条指令的内存地址)
  • 堆栈指针(指向内存中当前栈的顶端)
  • 程序状态字寄存器PSW(包括条件码位、CPU优先级、模式(用户态或内核态)及其他控制位)

三阶段流水线:取指->解码->执行

超标量CPU:有多个执行单元

存储器

分层次的结构:寄存器-高速缓存-内存-磁盘-磁带

现代CPU设计中设计了两个缓存:

  • 第一级L1缓存在CPU中,访问不存在延时
  • 第二级L2缓存,访问存在一个或两个时钟周期延时

磁盘:磁道、柱面、扇区

磁带:常用于磁盘的备份

I/O设备:包括设备控制器和设备本身,OS需要使用设备驱动程序来控制设备控制器

实现输入输出的方式:程序控制、中断、直接存储器访问DMA

 

启动计算机

Pentium的简要启动过程:

母版上BIOS运行,检查设备,通过CMOS存储器中的设备清单决定启动设备,启动设备的一个扇区被读入并执行,操作系统询问BIOS,以获取配置信息,检查驱动程序,初始化有关表格,创建背景进程,在每个终端上启动登录程序或GUI。

 

几个概念:

进程

本质是正在执行的一个程序

包括:地址空间和资源集(寄存器、打开文件的清单、突出的报警、有关进程清单等)

进程表:保存于进程有关的所有信息,数组(或链表)结构,当前存在的每个进程都要占用其中一项。

UNIX中进程的存储空间分为三段:正文段(程序代码)、数据段(变量)、堆栈段

文件

目录、根目录、工作目录

特殊文件:块特殊文件、字符特殊文件(特殊文件是为了使I/O设备看起来像文件一般)

管道:一种虚文件,可连接两个进程

操作系统结构

单体系统、层次系统、微内核、客户机-服务器模式、虚拟机、外核

多道程序设计

是在计算机内存中同时存放几道相互独立的程序,使它们在管理程序控制之下,相互穿插的运行。 两个或两个以上程序在计算机系统中同处于开始到结束之间的状态。这就称为多道程序设计。多道程序技术运行的特征:多道、宏观上并行、微观上串行。

CPU在内存中的进程快速切换,通常用来充分利用I/O过程中的CPU资源。

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