1.1 操作系统概述

操作系统是计算机系统中的一个系统软件，它是一些程序模块的集合，这些程序模块能够以尽量有效，合理的方式赖管理和分配计算机软硬件资源，合理地组织计算机的工作流程，控制程序的执行并向用户提供各种服务，是用户能狗灵活，方便，有效地使用计算机，使整个计算机系统能高效地运行。

• 计算机结构框图

• 关于现代os的四种基本观念

• 从外部看os

• 计算机用户的观点：用户环境观点

• 应用程序员的观点：虚拟机观点

• 内部看os

• os开发者观点之一：资源管理观点

• os开发者观点之二：作业组织观点

• 资源管理观点

• os

• 进程管理：cpu

• 存储管理：内存

• I/O管理：设备

• 文件管理：文件外存

• 用户接口观点：OS是计算机用户使用计算机系统的接口。

• 虚拟机观点：OS是建立再计算机硬件平台上的虚拟机，它为应用软件提供了许多比计算机硬件更强或计算机没有的功能。

• 作业组织观点：OS是计算机系统中作业流程的组织者，它负责协调在系统中运行的各个应用软件的运行次序。

- 作业

计算机用户在一个上机过程中要求计算机系统为其所做的工作的集合，作业中的每项独立的工作称为**作业步**

• 联机和脱机的概念

联机：受系统控制运行，计算机可以在此类作业被计算机系统处理时改变其作业步

脱机：不受系统控制运行，计算机不可以在此类作业被计算机系统处理时改变以定义好的作业步

1.2 操作系统的发展历史

操作系统发展的五个阶段

• 第一阶段:纸带编程

20世纪50年代，程序员的编程通过在纸带或卡片上编写机器语言指令（二进制）。

• 第二阶段:批处理管理系统

单批道处理：串行地执行任务，每次只执行一个作业。

多批道处理：允许内存中同时存放多个作业，由cpu以切换的方式为他们服务。

多批道处理系统的出现标志着现代意义上的操作系统的出现。

中断技术：中断是指cpu在收到外部中断信号后，停止原来的工作，转去处理该中断事件，在完成后重新回到原来的断点继续工作

通道技术：用于控制输入输出设备与内存之间的数据传输，它由专门的输入输出处理器，在启动后可以独立于cpu运行，从而实现cpu与输入输出设备之间的并行工作。依赖于中断技术

名词解释-多道程序设计：主存中有多道程序，他们轮流使用资源，宏观上它们并行运行，微观上他们串行运行，减少了cpu的时间浪费

• 第三阶段：分时操作系统

分时操作系统：指多个用户同时分享的使用一台计算机。

名词解释-分时操作系统：一台计算连接多个终端，用户通过各自的终端将数据返回，具有独立性，及时性，同时性和交互性。



• 第四阶段：磁盘操作系统（现代操作系统）

现代操作系统：规模大，功能复杂。

1.3 操作系统的类型

| 操作系统类型 | 特点 | 例子 |

|:---|:---|:---|

|实时操作系统|实时性，可靠性|火箭发射|

|嵌入式操作系统|非计算机的计算系统|手机，自动售货机|

|个人计算机操作系统|界面友好，功能强，应用软件|计算机|

|分布式操作系统|透明性，自治性||

1.4 操作系统的硬件环境

• 设计操作系统时，需要硬件的5个方面的支持

1. 受保护的指令

2. 系统调用

3. 中断机制

4. 内存保护

5. 输入输出系统

1.4.1 受保护的指令

• 受保护的指令：特权指令-指只有操作系统有权调用的指令。

• cpu的状态

• 管态

操作系统的管理程序运行时的状态，它具有较高的权限又称特权态或系统态

• 目态

用户程序运行时的状态，具有较低的权限又称用户态或普通态

• Psw（Process Status Word ）程序状态字

• cpu内一个专门的寄存器，用来指示处理器的状态

• 工作状态码

• 指明cpu是管态还是目态

• 条件码

• 反应指令执行结束后的结果特征

• 中断屏蔽码

• 是否允许中断

1.4.2 系统调用

• 系统调用：用户通过访管指令或陷阱指令来请求操作系统为其提供某项功能服务。

• 目态到管态的转换，不是通过指令来修改cpu的程序状态字，而是由cpu中断时自动完成的

1.4.3 内存保护

• cpu上加2个寄存器：基地址寄存器和边界寄存器

1.4.4 中断机制

• 同步中断

• 由cpu检查到的异常：除0，用户态使用特权指令

• 由程序主动来设定的异常：实现系统调用服务（软中断）

• 异步中断

• 可屏蔽中断：I/O中断

• 不可屏蔽中断：停电