操作系統(tǒng)（Operating System，OS）指控制和管理整個計算機系統(tǒng)的硬件與軟件資源，合理地組織、調(diào)度計算機的工作與資源的分配，進而為用戶和其他軟件提供方便的接口與環(huán)境的程序集合

操作系統(tǒng)的基本特征：并發(fā)，共享，虛擬，異步

操作系統(tǒng)的功能：

• 作為計算機系統(tǒng)資源的管理者：

  • 處理機管理

  • 存儲器管理

  • 文件管理

  • 設(shè)備管理

• 作為用戶和計算機硬件系統(tǒng)之間的接口

  • 命令接口：聯(lián)機命令接口(強調(diào)交互)，脫機命令接口(強調(diào)批處理)

  • 程序接口：一組系統(tǒng)調(diào)用組成。

• 作擴充機器：沒有任何軟件支持的計算機稱裸機，操作系統(tǒng)提供的各種服務(wù)，把裸機改造成功能更強的機器。

手工操作階段

批處理階段

單道批處理

多道批處理(多道程序設(shè)計技術(shù))

分時操作系統(tǒng)

分時：把處理器的運行時間分成很短的時間片，按時間片輪流把處理器給各聯(lián)機作業(yè)使用

分時操作系統(tǒng)：多個終端連接在一個主機上，用戶同時與主機交互而互不干擾

實時操作系統(tǒng)(強調(diào)及時性和可靠性)

網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)和分布式計算機系統(tǒng)

運行機制：

CPU執(zhí)行兩種不同性質(zhì)程序：操作系統(tǒng)內(nèi)核程序+用戶編制的程序

特權(quán)指令：不允許用戶直接使用的指令

CPU狀態(tài)劃分為：目態(tài)和管態(tài)

操作系統(tǒng)內(nèi)核四部分：

時鐘管理

中斷機制

原語

系統(tǒng)控制的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)及處理

中斷和異常

目態(tài)轉(zhuǎn)管態(tài)方式：中斷和異常

中斷：也稱外中斷，指來自CPU執(zhí)行指令以外的事件的發(fā)生

異常：也稱內(nèi)中斷，源自CPU執(zhí)行指令內(nèi)部的時間，無法屏蔽，出現(xiàn)就立即進行處理。

系統(tǒng)調(diào)用

系統(tǒng)調(diào)用：指用戶在程序中調(diào)用操作系統(tǒng)所提供的子功能

分類：設(shè)備管理，文件管理，進程控制，進程通信，內(nèi)存管理

系統(tǒng)調(diào)用的處理由操作系統(tǒng)內(nèi)核程序完成，運行在核心態(tài)。用戶程序執(zhí)行訪管指令從目態(tài)轉(zhuǎn)成管態(tài)，請求操作系統(tǒng)提供服務(wù)。

大內(nèi)核和微內(nèi)核

大內(nèi)核：將操作系統(tǒng)的主要功能模塊都作為一個緊密聯(lián)系的整體運行在核心態(tài)。交互關(guān)系錯綜復雜。

微內(nèi)核：只將基本的功能保留在內(nèi)核，其他移到用戶態(tài)執(zhí)行，交互借助微內(nèi)核進行通信；性能低，頻繁在目態(tài)和管態(tài)之間切換，系統(tǒng)的執(zhí)行開銷偏大。

并行性與并發(fā)性的區(qū)別和聯(lián)系：

并發(fā)性是兩個或多個事件在同一時刻發(fā)生，并發(fā)性是兩個或多個時間在同一時間間隔內(nèi)發(fā)生。在多道程序環(huán)境下，并發(fā)性指一段時間內(nèi)，宏觀上有多個程序同時運行，但在單處理機系統(tǒng)中每個時刻僅有一道程序執(zhí)行，故微觀上程序只是分時交替執(zhí)行。

特權(quán)指令和非特權(quán)指令：

特權(quán)指令是有特殊權(quán)限的指令，這些指令的權(quán)限最大，使用不當會導致整個系統(tǒng)崩潰。為保證系統(tǒng)阿全，不直接提供給用戶使用。特權(quán)指令必須在核心態(tài)運行。CPU在核心態(tài)下可以執(zhí)行指令系統(tǒng)的全集。

用戶態(tài)下只能使用非特權(quán)指令

訪管指令與訪管中斷

訪管指令：一條在用戶態(tài)下執(zhí)行的指令。在用戶程序中，要求操作系統(tǒng)提供服務(wù)而使用訪管指令，產(chǎn)生一個中斷事件，將操作系統(tǒng)轉(zhuǎn)換為核心態(tài)，稱訪管中斷。