目錄一、導(dǎo)論1.操作系統(tǒng)的定義操作系統(tǒng)是計(jì)算機(jī)用戶與計(jì)算機(jī)硬件之間運(yùn)行的一個(gè)程序。通常狹義上被稱為內(nèi)核（Kernel）程序，其他程序則為系統(tǒng)程序和應(yīng)用程序。
它是資源管理平臺，運(yùn)行程序的平臺，也是為用戶提供服務(wù)的平臺 資源管理服務(wù)：資源包括硬件資源和軟件資源 為用戶提供服務(wù)：交互、提供應(yīng)用程序的運(yùn)行環(huán)境等
操作系統(tǒng)的目標(biāo)： 通過運(yùn)行計(jì)算機(jī)的應(yīng)用程序，方便用戶解決問題 方便用戶操作使用計(jì)算機(jī) 有效使用計(jì)算機(jī)硬件資源
2.計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)是層次結(jié)構(gòu)
 硬件
提供最基本的計(jì)算資源，如CPU， 內(nèi)存，I /O設(shè)備等 操作系統(tǒng)
協(xié)調(diào)控制多個(gè)應(yīng)用或多個(gè)用戶對硬件的使用 應(yīng)用程序
為解決用戶的問題，定義了解決方法的程序，比如文體編輯器,網(wǎng)頁瀏覽器, 數(shù)據(jù)庫, 游戲等 用戶
人、設(shè)備、其他計(jì)算機(jī)系統(tǒng)
3.計(jì)算機(jī)系統(tǒng)組織1.啟動（booting）
確認(rèn)每個(gè)設(shè)備是否工作正常。確認(rèn)無誤后，開
啟引導(dǎo)程序- bootstrap（引導(dǎo)程序一般位于ROM 或EEROM 中稱為計(jì)算機(jī)硬件中的固件）。
引導(dǎo)程序的工作內(nèi)容包括：
初始化設(shè)備 把操作系統(tǒng)載入到內(nèi)存中 運(yùn)行第一個(gè)進(jìn)程init(), 等待事件發(fā)生
2.中斷硬中斷
即硬件通過向CPU發(fā)送信號來觸發(fā)中斷，一般對用戶不可見，但可觸發(fā)程序的運(yùn)行。如網(wǎng)卡接收數(shù)據(jù)包，可以屏蔽
軟中斷
即通過軟件觸發(fā)中斷。系統(tǒng)調(diào)用(System Call) 會觸發(fā)軟件中斷。如異常，除零（ divide by zero），不可以屏蔽
系統(tǒng)一旦發(fā)生中斷，CPU會運(yùn)行中斷服務(wù)程序(InterruptService Routine)，且每個(gè)中斷都有自己對應(yīng)的中斷服務(wù)程序ISR 系統(tǒng)通過中斷向量表（Interrupt Vector Table）來管理中斷請求與中斷服務(wù)程序之間的對應(yīng)關(guān)系 當(dāng)發(fā)生中斷時(shí)， 一旦中斷服務(wù)程序運(yùn)行結(jié)束， 3.I/O結(jié)構(gòu)I/O設(shè)備與CPU可同時(shí)運(yùn)行
每個(gè)設(shè)備控制器負(fù)責(zé)相應(yīng)類型的設(shè)備，如磁盤控制器負(fù)責(zé)磁盤 每個(gè)設(shè)備控制器擁有自己的本地緩沖器和寄存器
CPU負(fù)責(zé)內(nèi)存與本地緩沖器之間的數(shù)據(jù)傳遞 設(shè)備控制器負(fù)責(zé)在其所控制的外部設(shè)備與本地緩沖存儲之間
進(jìn)行數(shù)據(jù)傳遞 I /O 操作結(jié)束后，設(shè)備控制器通過中斷通知CPU 表示I /O 結(jié)束
I/O 操作分為 同步（ Synchronous） 操作： 只有I/O 結(jié)束后，用戶程序才能獲得控制權(quán)，即I/O 進(jìn)行期間，用戶程序無法繼續(xù)運(yùn)行。
異步（ Asynchronous ）操作： I/O 還沒有結(jié)束的情況下，用戶程序可以獲得控制權(quán)，即I/O進(jìn)行期間，用戶程序可以繼續(xù)運(yùn)行。
4.存儲結(jié)構(gòu)一級存儲設(shè)備指內(nèi)存（主存）。CPU可以直接隨機(jī)訪問的唯一大容量存儲設(shè)備，是易失存儲設(shè)備。易失存儲設(shè)備指的是斷電后，數(shù)據(jù)會丟失的設(shè)備。
二級存儲設(shè)備: 一般不易失的存儲設(shè)備，一般是磁盤類
4.計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)1.單處理系統(tǒng)系統(tǒng)中只有一個(gè)通用處理器（CPU），用來處理來自用戶進(jìn)程的指令 除了通用處理器，系統(tǒng)一般還包括其他專用處理器，如磁盤控制器、圖形控制器等，專用處理器不接受用戶的指令，只接受系統(tǒng)的指令 有的通用處理器集成了專用處理器，具有專用處理器功能
2.多處理系統(tǒng)系統(tǒng)中有多個(gè)處理器，又稱為并聯(lián)系統(tǒng)(parallel systems)，多個(gè)處理器共享一個(gè)內(nèi)存 CPU之間通過共享內(nèi)存來進(jìn)行通訊 操作系統(tǒng)可以運(yùn)行在某一個(gè)CPU上或多個(gè)CPU上
多處理器系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn) 增加了吞吐量（throughput） 方便擴(kuò)展 增加了可靠性
非對稱處理器，又稱異構(gòu)多處理器，Asymmetric Multiprocessor(AMP)
（1）處理器在結(jié)構(gòu)上不同
（2）一個(gè)處理器負(fù)責(zé)運(yùn)行操作系統(tǒng)，其它處理器運(yùn)行其他程序，處理器之間有主從關(guān)系
對稱處理器，又稱同構(gòu)多處理器Symmetric Multiprocessor(SMP)
（1）各處理器在結(jié)構(gòu)上完全相同
（2）操作系統(tǒng)可以運(yùn)行在任何一個(gè)處理器上，處理器之間沒有主從關(guān)系。
Multi-Core - 多核處理器
一個(gè)處理器上有多個(gè)CPU，也就是多個(gè)處理器集成到一個(gè)芯片上，可以是對稱多處理器，也可以是非對稱多處理器
注意：多處理器環(huán)境下，不管多處理器還是多核處理器、每個(gè)處理器都需要有自己的寄存器和高速緩存，為什么？
5.操作系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)及操作1.操作系統(tǒng)結(jié)構(gòu)批處理系統(tǒng)
為避免當(dāng)CPU發(fā)出I/O請求，設(shè)備進(jìn)行I/O操作時(shí)，CPU就會空閑（idle）的情況。當(dāng)發(fā)生I/O 操作時(shí)，由操作員調(diào)度另一個(gè)程序運(yùn)行，從而提高CPU的使用率。 多道程序系統(tǒng)
把操作員的工作內(nèi)容寫到操作系統(tǒng)里，由操作系統(tǒng)進(jìn)行任務(wù)的調(diào)度。為保障CPU總有任務(wù)運(yùn)行（提高CPU的使用率），多道程序系統(tǒng)必須把需要運(yùn)行的多個(gè)任務(wù)載入到內(nèi)存以被選擇并運(yùn)行。 分時(shí)系統(tǒng)
給每個(gè)任務(wù)賦予一個(gè)給定的時(shí)間片（time slot，time slice）。CPU 在多任務(wù)之間相互切換
多道程序系統(tǒng) 和 分時(shí)系統(tǒng)兩者目的不同 多道程序系統(tǒng)： 為提高CPU的使用率，讓CPU忙 多任務(wù)系統(tǒng)(分時(shí)系統(tǒng))：讓每個(gè)任務(wù)能公平使用CPU，體現(xiàn)了公平性
2.操作系統(tǒng)的操作為了確保操作系統(tǒng)的正常運(yùn)行，必須區(qū)分操作系統(tǒng)的代碼和用戶代碼的執(zhí)行 大部分采用的方法是提供硬件支持的雙重模式操作，即用戶模式和內(nèi)核模式 用戶模式時(shí)，用戶掌握計(jì)算機(jī)的控制權(quán)，運(yùn)行用戶代碼 內(nèi)核模式時(shí)，操作系統(tǒng)掌握計(jì)算機(jī)的控制權(quán)，運(yùn)行系統(tǒng)代碼
通過模式位（Mode bit）來區(qū)分即用戶模式和內(nèi)核模式 如系統(tǒng)調(diào)用（System Call），當(dāng)用戶程序調(diào)用系統(tǒng)調(diào)用函數(shù)的時(shí)候，操作系統(tǒng)的運(yùn)行模式從用戶模式轉(zhuǎn)變成內(nèi)核模式，如調(diào)用printf() 函數(shù)
 6.操作系統(tǒng)管理1.進(jìn)程管理程序是被動實(shí)體，而進(jìn)程是活動實(shí)體。
進(jìn)程是運(yùn)行中的程序，是系統(tǒng)的運(yùn)行單元
在一個(gè)系統(tǒng)中有無數(shù)個(gè)進(jìn)程在同時(shí)運(yùn)行，運(yùn)行在一個(gè)或多個(gè)CPU 上，進(jìn)程之間通過復(fù)用CPU并發(fā)運(yùn)行 運(yùn)行進(jìn)程需要分配一定的資源，如CPU, 內(nèi)存, I/O設(shè)備,存儲設(shè)備等。當(dāng)進(jìn)程結(jié)束時(shí)，也應(yīng)收回已分配的資源，從而讓進(jìn)程有效使用這些資源
2.內(nèi)存管理內(nèi)存管理的主要目的就是提高內(nèi)存的使用率，從而有效使用內(nèi)存 管理內(nèi)存中的數(shù)據(jù)的存儲、指令的運(yùn)行
內(nèi)存管理活動包括以下內(nèi)容： 當(dāng)有內(nèi)存有空閑空間時(shí)，決定哪些進(jìn)程可以載入內(nèi)存、載入到哪里等 記錄內(nèi)存的哪些部分正在使用以及被誰使用 根據(jù)需要分配和釋放內(nèi)存空間，即分配的方式
3.存儲管理操作系統(tǒng)對存儲設(shè)備的物理屬性進(jìn)行了抽象的定義，即文件，它是存儲的邏輯單元。
計(jì)算機(jī)可以在多種類型的物理介質(zhì)上存儲信息
· 每種介質(zhì)通過一個(gè)設(shè)備來控制，如磁盤驅(qū)動器、磁帶驅(qū)動器
· 每個(gè)介質(zhì)有不同的訪問速度、容量、數(shù)據(jù)傳輸率和訪問方法 文件通常組成目錄以方便使用 多用戶訪問文件時(shí)，需要控制權(quán)限問題
大容量存儲系統(tǒng)(Mass-Storage System)
一般指的二級存儲設(shè)備，如硬盤，它的管理活動包括以下內(nèi)容： 空閑空間的管理 存儲空間的分配 硬盤的調(diào)度
7.其他計(jì)算機(jī)系統(tǒng)實(shí)時(shí)系統(tǒng)是指系統(tǒng)中的任務(wù)都有時(shí)間節(jié)點(diǎn)的系統(tǒng)。如軍事設(shè)備、醫(yī)療設(shè)備上使用的系統(tǒng) 二、操作系統(tǒng)結(jié)構(gòu)1.系統(tǒng)調(diào)用系統(tǒng)調(diào)用是是操作系統(tǒng)服務(wù)的編程接口
程序通過應(yīng)用程序接口(API)訪問，而不是直接使用系統(tǒng)調(diào)用 API/系統(tǒng)調(diào)用/OS間的關(guān)系：
每個(gè)系統(tǒng)調(diào)用都有一個(gè)固有番號(System Call Number)
操作系統(tǒng)通過一張系統(tǒng)調(diào)用番號表來管理系統(tǒng)調(diào)用接口 向系統(tǒng)調(diào)用函數(shù)傳遞參數(shù)的方式，有以下三種 寄存器 塊(block)：參數(shù)保存在內(nèi)存中的一個(gè)塊中，并把塊地址用寄存器傳遞給系統(tǒng)調(diào)用函數(shù) 棧(stack)：以棧的形式保存在內(nèi)存中，用戶程序向棧push參數(shù)，操作系統(tǒng)從棧中pop 參數(shù)
2.系統(tǒng)程序系統(tǒng)程序不屬于內(nèi)核，但屬于操作系統(tǒng)的一部分。為程序開發(fā)和執(zhí)行提供了一個(gè)方便的環(huán)境。
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