操作系统——概述知识

基本特征

1.并发
并发与并行区别:
前者宏观上在一段时间内能同时运行多个程序;后者同一时刻能运行多个指令,且需要硬件支持,如分布式计算系统
原理:
操作系统通过引入进程和线程,使程序能并发运行
2.共享
概念:
系统中资源可悲多个并发进程共同使用
方式:
互斥共享和同时共享。
互斥共享的资源称为临界资源,例如打印机等,在同一时刻只允许一个进程访问,需要用同步机制来实现互斥访问
3.虚拟
概念:
一个物理实体转为多个逻辑实体
分类:
时(时间)分复用技术和空(空间)分复用技术
举例:
多个进程能在同一个处理器上并发执行使用了时分复用技术,让每个进程轮流占用处理器,每次只执行一小个时间片并快速切换。
虚拟内存使用了空分复用技术,它将物理内存抽象为地址空间,每个进程都有各自的地址空间。地址空间的页被映射到物理内存,地址空间的页并不需要全部在物理内存中,当使用到一个没有在物理内存的页时,执行页面置换算法,将该页置换到内存中
4.异步
进程不是一次性执行完毕,而是走走停停,以不可知的速度向前推进

基本功能

1.进程管理
进程控制、进程同步、进程通信、死锁处理、处理机调度等
2.内存管理
内存分配、地址映射、内存保护与共享、虚拟内存等
3.文件管理
文件存储空间的管理、目录管理、文件读写管理和保护等
4.设备管理
完成用户的 I/O 请求,方便用户使用各种设备,并提高设备的利用率;主要包括缓冲管理、设备分配、设备处理、虛拟设备等。

系统调用

概念:如果一个进程在用户态需要使用内核态的功能,就进行系统调用从而陷入内核,由操作系统代为完成
Linux系统调用:

Task Commands
进程控制 fork(); exit(); wait();
进程通信 pipe(); shmget(); mmap();
文件操作 open(); read(); write();
设备操作 ioctl(); read(); write();
信息维护 getpid(); alarm(); sleep();
安全 chmod(); umask(); chown();

大内核和微内核

1.大内核
是指将操作系统功能作为紧密结合的整体放入内核,各板块共享信息,高性能
2.微内核
指由于操作系统复杂化后,将部分功能移出内核后依据分层原则划分为若干服务,相互独立。
注:在微内核结构下,操作系统被划分成小的、定义良好的模块,只有微内核这一个模块运行在内核态,其余模块运行在用户态。
因为需要频繁地在用户态和核心态之间进行切换,所以会有一定的性能损失。

中断分类

1.外中断
由 CPU 执行指令以外的事件引起,如 I/O 完成中断,表示设备输入/输出处理已经完成,处理器能够发送下一个输入/输出请求。此外还有时钟中断、控制台中断等
2.异常
由 CPU 执行指令的内部事件引起,如非法操作码、地址越界、算术溢出等。
3.陷入
在用户程序中使用系统调用。

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