第1章オペレーティングシステムの概要ワンダオ大学院入学試験オペレーティングシステムの概要

オペレーティングシステムの概要

1.オペレーティングシステムの概念と機能

1.オペレーティングシステムの概念

（1）システムリソースの管理者
（2）上位層に使いやすいサービスを提供
（3）ハードウェアに最も近いソフトウェア

2.オペレーティングシステムの機能

（1）システムリソースのマネージャー：
プログラムを実行する前に、プログラムをCPUで処理する前にメモリに配置する必要があります。

（2）シンプルで使いやすいサービスを上位層に提供：
パッケージ化のアイデア：オペレーティングシステムはハードウェアを使いやすいサービスにカプセル化するため、ユーザーは基本的なハードウェアの原則を気にする必要がなく、オペレーティングシステムに指示を出してコンピューターを使用するだけで済みます。

プログラムインターフェイス：プログラムインターフェイスは、プログラムのシステムコールに使用できます。通常のユーザーは、プログラムインターフェイスを直接使用することはできません
が、次のようなプログラムコードを間接的にしか使用できません。

（3）ハードウェアに最も近いソフトウェア：
オペレーティングシステムがハードウェアマシンを拡張する：CPU、メモリ、ハードディスク、その他のハードウェアを合理的に整理し、さまざまなハードウェアが互いに連携してより複雑な機能を実現できるようにする

3. 知識レビュー：
   

第二に、オペレーティングシステムの特性

1.オペレーティングシステムには4つの特性があります。

2.並行性

同じ時間間隔で発生する複数のイベントを指します。これらのイベントはマクロレベルで同時に発生し、ミクロレベルで交互に発生します。
注：
（1）並列とは異なり、並列は同時に発生する複数のイベントを指します
（ 2）シングルコアCPUは同時に1つのプログラムしか実行できず、各プログラムは同時にのみ実行できます
（3）マルチコアCPUは同時に複数のプログラムを実行でき、複数のプログラムを並列に実行できます

3.共有

システム内のリソースは、メモリ内で同時に実行されている複数のプロセスで使用できることを意味します
。2つのリソース共有方法：

例：
相互に排他的な共有方法：カメラは、
同じ期間内にWeChatまたはQQプロセスの1つにのみ割り当てることができます。同時共有方法：WeChatとQQが友達にファイルを送信し、2つのプロセスが同時にハードディスクリソースにアクセスします（あるいは微視的）

4.仮想

物理エンティティをいくつかの論理的な対応物に変えることを指します。

仮想メモリテクノロジー：ユーザーは4G実行メモリしかありませんが、4Gを超える合計メモリで複数のソフトウェアを実行できます。
仮想プロセッサテクノロジー：シングルコアCPUは同時に複数を実行できます手順（顕微鏡での代替）

5.非同期

プロセスの実装が最後まで一貫していないことを指しますが、停止して移動し、未知の速度で前進します

6. 知識レビュー：
   

注意：

1. 同時実行性と相互に存在する条件の共有
2. 並行性と共有は、オペレーティングシステムの2つの最も基本的な機能です。これら2つがなければ、仮想および非同期はありません。

3.オペレーティングシステムの開発と分類

1.知識の概要

2.手動操作ステージ

主な欠点：マンマシンの速度と非常に低いリソース使用率の間の矛盾

3.単一チャネルのバッチ処理システム

オフライン入出力テクノロジー（周辺機器とテープを完備）を導入し、監視プログラムがジョブの入出力を担当する

主な利点：人間と機械の速度のある程度の矛盾を軽減し、リソースの使用率を向上させます。
主な欠点：メモリで実行できるプログラムは1つだけで、次のプログラムはプログラムの終了後にのみ実行できます。CPUには多くの時間I / Oが完了するのを待っている間、リソース使用率はまだ低い

4.マルチパスバッチ処理システム

オペレーティングシステムは、複数のプログラムの同時実行をサポートするために正式に誕生しました。
主な利点：複数のプログラムの同時実行、コンピュータリソースの共有、リソース使用率の大幅な改善。
主な欠点：人間とコンピュータの対話機能がない（ユーザーがプログラムの実行を途中で制御できない、 （コンピューターの処理が完了するのを待つだけです）

5.タイムシェアリングオペレーティングシステム

コンピューターは各ユーザー/ジョブをタイムスライスの単位で順番に処理し、ユーザーはターミナルを介してコンピューターと対話できます。
主な利点：人間とコンピューターの対話の問題を解決し、複数のユーザーが同じコンピューターを使用できるようにし、各ユーザーは互いに独立しています。
主な欠点：一部の緊急タスクは最初に処理できず、オペレーティングシステムは各ユーザー/ジョブに対して完全に公平です

6.リアルタイムオペレーティングシステム

主な利点：一部の緊急タスクに最初に応答でき、一部の緊急タスクはタイムスライスキューイングを必要としません

7.他のいくつかのオペレーティングシステム

ネットワークオペレーティングシステム
分散オペレーティングシステム
パーソナルコンピュータシステム

8. 知識レビュー：
   

4.オペレーティングメカニズムとオペレーティングシステムのアーキテクチャ

1. 手順：プロセッサ（CPU）が認識して実行できる最も基本的なコマンドを指します
   

2. 2つの指示：
   

3. 2つのプロセッサの状態：
   

4. 2つの手順：
   

5. カーネル：
   カーネルはコンピュータの基盤となるソフトウェアであり、オペレーティングシステムの最も基本的でコアな部分です。
   カーネル機能を実装するプログラムはカーネルプログラムです
   

6. オペレーティングシステムのカーネル図：
   

7. 知識レビュー：
   

5、中断と例外

1. 割り込みの機能：オペレーティングシステムがCPUの制御を取り戻すことができるように、CPUをユーザーモードからコアモードに即座に変更します。

2. 割り込みは、オペレーティングシステムカーネルがCPU使用権を取り戻す唯一の方法です

3. 割り込みメカニズムがない場合、アプリケーションプログラムがCPUで実行されると、CPUは常にプログラムを実行し、同時実行性はまったくありません。

4. コアモード→ユーザーモード：特権命令を実行します。つまり、PSWフラグをユーザーモードに変更します。これは、オペレーティングシステムがCPU
   を使用する権利を放棄することを意味します。

5. ユーザーモード→コアモード：割り込みによってトリガーされます。割り込みが発生すると、現在実行中のプロセスが中断され、OSカーネルが割り込みを処理します

6. 中断の分類：
   

7. 知識レビュー：