ComputerOS

concept

OS(Operating System)是控制和管理整个计算机系统的硬件和软件资源,合理调度计算机的工作和资源分配,提供给用户和其他软件接口和环境。

四大特征

  • 并发
  • 共享
  • 虚拟
  • 异步

并发

概念:指多个事件在同一时间间隔内发生,宏观上是同时发生,微观上是交替发生(区别于并行:多个事件同一时刻发生)

共享

分为:互斥共享,同时共享

虚拟

把物理上的实体变为若干个逻辑上对应物,如4GB内存可以同时运行大于4G的软件(时分复用或者空分复用)

异步

多个程序并发执行,断断续续同步推进

运行机制与体系结构

运行机制

指令=特权指令+非特权指令

特权:如内存清零

非特权:如普通运算

CPU=用户态(非核心)+核心态(核心+非核心)

程序状态寄存器PSW,0为用户态,1位核心态

内核:

  • 时钟管理(计时)
  • 中断处理
  • 原语
  • 系统资源管理(进程,存储器,设备管理)

大内核:高性能但维护麻烦

微内核:结构清晰但切换开销大

中断和异常

中断是CPU进入核心态,当前进程暂停,而核心态–>用户态只需要通过PSW的特权指令就可以进入

中断=内中断+外中断

  • 内中断:异常,例外,陷入
    • 指令中断
    • 硬件故障(如缺页),软件中断(如编程语法错误)
  • 外中断:外设请求,人工干预

系统调用

  • 设备管理
  • 文件管理
  • 进程控制
  • 进程通信
  • 内存管理

传递系统调用参数–>限制性陷入指令(用户态)–>执行系统调用相应服务程序(核心态)–>返回用户程序

陷入指令在用户态执行,执行陷入指令后立即引发一个内中断,从而CPU进入核心态

库函数

应用程序–>库函数–>系统调用

库函数目的:高级开发,更方便系统调用

进程

why:

what:是运行过程,是系统进行资源分配和调度的最小单位

进程段=程序段+数据段+PCB

PCB=PID+UID+进程控制管理信息(进程状态,优先级)+资源分配(程序段指针,数据段指针,键盘鼠标)+处理机信息(寄存器值)

feature:

  • 动态性
  • 并发性
  • 独立性
  • 异步性

组织方式:

  • 链接方式(执行指针,就绪指针,阻塞指针)
  • 索引方式(执行指针,就绪指针,索引指针)

五种状态

  • 运行
  • 就绪
  • 阻塞
  • 创建
  • 终止