操作系统原理总结

一、操作系统概论

1、计算机系统：可以按照用户的要求接受和存储信息，自动进行数据处理并输出结果信息的系统。计算机系统包括硬件系统和软件系统。硬件系统是计算机赖以工作的实体；软件系统则是保障计算机系统按照用户指定的要求协调工作。这两部分构成了计算机系统的资源。因此计算机系统资源包括硬件资源和软件资源。

2、操作系统：计算机中的一个系统软件，它是这样一些程序模块的集合——它们能有效的组织和管理计算机系统中的硬件及软件资源，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功能，使用户能够灵活、方便、有效的使用计算机，并使整个计算机系统高效的运行。

3、特征

1）并发性（若干个程序同时运行）

2）共享性（资源共享）

3）随机性

4、功能

1）进程管理

A、进程控制（创建、撤销以及进程运行时各种状态的转换）

B、进程同步

C、进程间通信（相互协作的进程之间）

D、调度（进程、线程、作业）

2）存储管理

A、内存的分配与回收

B、存储保护

C、内存扩充

3）文件管理

A、文件存储空间的管理

B、目录管理

C、文件系统的安全性

4）设备管理

5）用户接口

5、分类

1）批处理操作系统

2）分时系统（弥补批处理方式不能向用户提供交互式快速服务的缺点）

3）实时操作系统

4）嵌入式操作系统

5）个人计算机操作系统

6）网络操作系统

7）分布式操作系统

8）智能卡操作系统

6、结构

1）整体式结构（模块组合）

2）层次结构（将模块排列成若干层，各层之间的模块只能是单向依赖或单向调用）

3）微内核（客户机/服务器）结构（适用于网络环境下分布式处理）客户机进程和服务器进程之间的通信是采用发送消息进行的，这是因为每个进程属于不同的虚拟地址空间，他们之间不能直接通信，必须通过内核进行，而内核则是被映射到每个进程的虚拟地址空间内的，它可以操作所有进程。客户机进程发出消息，内核将消息传给服务进程。服务进程执行相应的操作，其结果又通过内核用发消息方式返回给客户机进程，这就是客户机/服务器的运行模式。

二、操作系统的运行机制

1、中央处理器（CPU）构成：运算器、控制器、一系列寄存器以及高速缓存

2、特权指令和非特权指令（多用户多任务的多道程序）：特权指令：指令系

统中那些只能由操作系统使用的指令，这些特权指令不允许一般的用户使用。非特权指令：一般用户使用的指令。

3、处理器的状态

1）管态和目态

处理器有时执行用户程序，有时执行操作系统程序。在执行不同的程序时，根据运行的程序对资源和机器指令的使用权限而将此时

的处理器设置为不同的状态。

管态：一般指操作系统管理程序运行的状态，具有较高的特权级别，又称为特权态、系统态。

目态：用户程序运行的状态，具有较低的特权级别，又称为普通态，用户态。

2)CPU状态的转换（动态改变）

A、目态到管态：中断或异常

B、管态到目态：设置PSW指令（修改程序状态字）

系统启动时，CPU初始状态为管态，然后装入操作系统程序，操作系统退出执行时，让用户程序在目态执行。

4、存储体系

1）存储器的层次结构（寄存器、高速缓存、内存储器、硬盘存储器、光盘）

A、容量、速度和成本的匹配

B、存储访问局部性原理

2）存储保护

A、界地址寄存器（界限寄存器）

B、存储键

5、中断与异常机制

1）中断与异常的概念

中断是指CPU对系统中或系统外发生的异步事件的响应。

中断：当发生某个异步事件后，中断了处理器对当前程序的执行，而转去处理异步事件。在该异步事件处理完之后，处理器再转回源

程序的中断点继续执行。

异常：中断是由外部事件引发的，而异常则是由正在执行的指令引发的

2）分类

中断分类：

A、时钟中断

B、输入输出中断

C、控制台中断

D、硬件故障中断

异常分类：

A、程序性中断

B、访管指令异常

3）中断过程：接受和响应中断、保护中断现场、分析中断向量、调用中

断处理程序、中断处理结束恢复现场、原有程序继续执行。

4）几种典型中断的处理

5）中断优先级与中断屏蔽

6、系统调用

1）概念

系统调用就是用户在程序中调用操作系统所提供的一些子功能。

这是一种特殊的过程调用，这种调用通常是由特殊的机器指令实现

的。除了提供对操作系统子程序的调用外，这条指令还将系统转入

特权方式。系统调用是操作系统提供给编程人员的唯一接口。

2）系统调用与一般过程调用的区别

A、运行在不同的系统状态

B、状态的转换

C、返回问题

D、嵌套调用

3）分类

A、进程控制类

B、文件操作类

C、进程通信类

D、设备管理类

E、信息维护类

4）处理过程

A、操作系统必须有事先编制好的实现这些功能的子程序或过程

B、类似于硬件中断处理的中断处理机构。当用户使用操作系统调用

时，产生一条相应的指令，处理机在执行到该指令是发生相应的

中断，并发出有关的信号给处理机构

C、在系统中控制系统调用服务的机构称为陷入或异常处理机构。陷

入处理程序把陷入指令中所包含的功能号与该入口地址表中的

有关项对应起来，从而由系统调用功能号驱动有关子程序执行。

5）用户程序与系统程序之间的参数传递实现方法：

A、陷入指令自带参数

B、通用寄存器传递参数

C、堆栈区传递参数

7、I/O技术

1）I/O结构：早期的计算机系统中，外部设备的控制器通过I/O硬件结