操作系统基本概念、特征、发展和分类、运行机制和体系结构

小鱼儿 2022-11-26 01:40 226阅读 0赞

### 一、操作系统的概念 ###

操作系统（Operating System，OS）是指控制和管理整个计算机系统的硬件和软件资源，并合理地组织调度计算机的工作和资源的分配，以提供给用户和其他软件方便的接口和环境；它是计算机系统中最基本的系统软件。

![format_png][]

从操作系统的概念上可以看出：

> 1.  操作系统是系统资源的管理者（资源包括软件、硬件、文件等）
> 2.  作为用户和计算机硬件之间的接口
> 3.  向上层提供方便易用的服务
> 4.  操作系统是最接近硬件的一种系统软件

![format_png 1][]

--------------------

### 二、操作系统的特征 ###

**并发、共享、虚拟、异步**

**2.1 并发**

并发和共享是最基本的特征，两者互为存在条件。

**并发：**指两个或多个事件在同一个时间间隔内发生。这些事件宏观上是同时发生的，但是微观上是交替发生的。

**并行：**指两个或多个事件在同一时刻同时发生。

注！！

单核CPU同一时刻只能执行一个程序，各个程序只能并发地执行

多核CPU同一时刻可以执行多个程序，多个程序可以并行地执行

**2.2 共享**

共享即资源共享，是指系统中的资源可供内存中多个并发执行的进程共同使用。

共享分为：互斥共享方式和同时共享方式。

**互斥共享方式：**系统中的某些资源，虽然可以提供给多个进程使用，但是一段时间内只允许一个进程访问。如使用QQ和微信视频，同一个时间段内摄像头只能分配给一个进程。

**同时共享方式：**系统中的某些资源，允许一个时间段内由多个进程同时对它们访问。如可以同时可以一边播放音乐一边看视频，音频设备被两个进程同时共享。

**2.3 并发和共享的关系**

**并发性：**计算机系统中同时存在着多个运行着的程序。

**共享性：**系统中的资源可供内存中多个并发执行的进程共同使用。

1.  如果失去了并发性，则系统中只有一个程序运行，则共享性就失去了存在的意义。
2.  如果失去了共享性，则多个进程无法同时访问共享资源，也就没法实现并发。
3.  所以并发和共享两者互为存在条件。

**2.4 虚拟**

虚拟技术分为：

1.  空分复用技术（如虚拟存储器技术）
2.  时分复用技术（如虚拟处理器）

如果没有并发性就谈不上虚拟性。

**空分复用技术：**利用存储器的空闲空间分区域存放和运行其他的多道程序，以此提高内存的利用率。

**时分复用技术：**通过处理机的空闲时间运行其他程序，提高了处理机的利用率。

**2.5 异步**

> 异步是指，在多道程序环境下，允许多个程序并发执行，但由于资源有限，进程的执行不是一贯到底的， 而是走走停停，以不可预知的速度向前推进，这就是进程的异步性。

如果失去了并发性，即系统只能串行地运行各个程序，那么每个程序的执行会 一贯到底。

只有系统拥有并发性，才有可能导致异步性。

![å¨è¿éæå¥å¾çæè¿°][20200602145321414.png]

--------------------

### 三、操作系统的发展和分类     ###

![å¨è¿éæå¥å¾çæè¿°][20200602145616197.png]

--------------------

### 四、操作系统的运行机制和体系结构 ###

**4.1 两种指令**

指令：处理器（CPU）可以识别、执行的最基本的命令。

**特权指令：**如内存清零指令，这类指令权限高，不允许用户程序使用。

**非特性指令：**如普通的运算指令，权限低，对其他用户没有影响。

![format_png 2][]

**4.2 两种处理器状态**

两种处理器状态：用户态和核心态

**用户态：**此时CPU只能执行非特权指令。

**核心态：**特权指令和非特权指令都可以执行。

![format_png 3][]

如何改变状态？

内核态 --> 用户态  一条修改PSW的特权指令

用户态 --> 内核态  由中断引起，硬件自动完成

**4.3 两种程序**

**内核程序：**是系统的管理者，即可以执行特权指令又可以执行非特权指令，运行在核心态。

**应用程序：**为了保证系统的安全运行，普通应用程序只能执行非特权指令，运行在用户态。![format_png 4][]

**4.4 操作系统内核**

![format_png 5][]

操作系统内核是计算机上配置的底层软件，是操作系统最基本、最核心的部分。

实现操作系统内核功能的那些程序就是内核程序。

> 1.  时钟管理用于实现计时功能，分时操作系统中，各个进程的使用的CPU时间计时是使用时钟管理实现。
> 2.  中断处理：用于实现中断机制。
> 3.  原语：是一种具有原子性的特殊程序。

![format_png 6][]

**4.5 操作系统的两种指令，两种处理器状态和两种程序之间的联系**

特权指令只能在核心态下执行，内核程序运行在核心态，可以执行特权指令也可以执行非特权指令。

应用程序运行在用户态，只能执行非特权命令。

[format_png]: /images/20221124/930a65809c3549ac8e6862462ab63105.png
[format_png 1]: /images/20221124/3762e2b7c7c947c6983fda8ff6ff999f.png
[20200602145321414.png]: /images/20221124/39cae39e50f94b468df1718f3bdf84f8.png
[20200602145616197.png]: /images/20221124/50942867a8994dcb957a1630bb575bbf.png
[format_png 2]: /images/20221124/2f5226cedf1a422a82a88eb44622585c.png
[format_png 3]: /images/20221124/3de0231218dd4902974d5ccde28307d9.png
[format_png 4]: /images/20221124/5ccaf742902c40cdae70013c22674796.png
[format_png 5]: /images/20221124/161ac6b2ac52455a8209e2f07002c808.png
[format_png 6]: /images/20221124/e33a5ca6f4f64b7bac78bac8969e1b61.png