操作系统复习笔记(一)——Introduction

2019-02-28

Introduction 1

什么是操作系统

  • 在用户和计算机硬件之间的中介

  • OS是个软件

——一个虚拟化计算机的程序

os.png

OS的作用:

  • 物理机层面(CPU Memory Devices):分配资源

  • 虚拟机层面(Application):控制程序

History of OSs

No OS->Simple Batch Systems->Batch System->Multiprogramming systems->Time sharing system->Modern System

系统类型

分布式系统 Distributed System

优点:loosely-coupled 松耦合

  • 资源共享

  • 提高计算速度

  • 更可靠

  • 交互性强

并行系统 Parallel Operating System

多处理器 紧耦合

  • 所有处理器共享时钟、总线、内存

两类

  • 对称并行 Symmetric multiprocessing
  • 每个CPU没有差别
  • 非对称并行 Asymmetric multiprocessing
  • 每个CPU有特定功能

优点

  • 提高吞吐量

  • 提高可靠性

  • 规模经济

集群系统 Clustered Systems

  • 和并行系统不同
  • 由多个独立系统组成
  • 和分布式系统不同
  • 共享存储

实时系统 Real time System

硬实时:保证所有任务都在deadline之前完成

软实时:尽最大努力

无处不在的系统 Ubiquitous Systems

未来

更关注人机交互

安全

Introduction 2

计算机系统四大组成

User:使用系统的角色,不一定是人

Application programs

Operating system

Hardware

启动过程 Startup process

  1. 打开电源

  2. CPU通过系统时钟初始化

  3. 在BIOS中找到启动程序的CPU的第一条指令

  4. 执行开机自检(POST),检查所有硬件设备

Bootstrap program 启动程序

很重要,在开机或重启的时候加载

-一般写在ROM或EPROM中,称为固件 firmware

运行过程 Running process

OS等待人去交互

多个任务如何共享一个CPU?

  • 中断 interrupt

I/O操作

  • IO设备可以和CPU同时执行
  • I/O在设备和控制器缓存(controller's buffer)之间转移数据

  • CPU在控制器和主存之间转移数据

  • I/O设备访问
  • Memory Mapped I/O(CPU就像访问内存一样访问I/O)

  • Programmed I/O(每个控制寄存器都分配一个I/O端口号,CPU使用特定的I/O指令去读写寄存器)

轮询和中断 Polling or Interrupt

轮询

CPU不断读状态寄存器直到有任务

-效率不高

中断

谁有需要谁就主动通知CPU

-硬件触发通过总线 软件触发通过系统调用

大部分OS都是中断的

操作系统的服务

  • 程序执行 Program execution

  • I/O操作 I/O operations

  • 文件系统的操作 File-system manipulation

  • Communications 在进程间传递消息

  • 错误检测 Error detection

额外的功能

  • 资源分配 Resource allocation

  • 账号管理 Accounting

  • 保护 Protection

所有操作系统共同的系统组件

  • Process Management

  • Main Memory Management

  • File Management

  • I/O System Management

  • Secondary Management

  • Networking

  • Protection System

  • Command-Interpreter System

Process management 进程管理

一个进程是一个正在执行的程序

进程管理负责

  • 进程的管理和删除

  • 进程的暂停和恢复

  • 提供机制为

  • 进程同步

  • 进程交流

Main Memory Management 主存管理

主存管理负责

  • 追踪哪部分内存正在被使用,被谁使用

  • 决定当内存空间可用时哪个进程被加载

  • 在需要时分配和收回内存空间

File management 文件管理

一个文件是由它的创建者定义的一系列相关信息的集合

文件管理负责

  • 文件的创建和删除

  • 文件夹的创建和删除

  • 支持基本的管理文件和文件夹

  • 映射文件到辅助存储器

  • 备份文件到稳定的存储介质

I/O system management I/O系统管理

I/O系统包含

  • 缓存系统

  • 通用设备驱动接口

  • 特定硬件设备的驱动

Secondary-storage management 辅存管理

大部分计算机系统使用磁盘

磁盘管理负责

  • 空闲空间管理

  • 存储分配

  • 磁盘调度