第1章 计算机系统概述

• 1.1操作系统的基本概念
• • 1.1.1操作系统的概念
  • 1.1.2操作系统的特征
  • • （1）并发
    • （2）共享
    • （3）虚拟
    • （4）异步
  • 1.1.3操作系统的目标和功能
• 1.2操作系统发展史
• • • （1）手工操作阶段（此阶段无操作系统）
    • （2）批处理阶段（操作系统开始出现）
    • （3）分时操作系统
    • （4）实时操作系统
    • （5）网络操作系统和分布式计算机系统
    • （6）个人计算机操作系统
• 1.3操作系统运行环境
• • • （1）处理器运行模式
    • （2）中断和异常的概念
    • （3）系统调用
• 1.4操作系统结构
• • • （1）分层法
    • （2）模块化
    • （3）宏内核
    • （4）微内核
    • （5）外核
• 1.5操作系统引导
• 1.6虚拟机
• 1.7本章疑难点
• • • 一、并行性与并发性的区别和联系
    • 二、特权指令与非特权指令
    • 三、访管指令与访管中断
    • 四、定义微内核结构OS的四个方面

1.1操作系统的基本概念

1.1.1操作系统的概念

软件是计算机系统的的灵魂，而软件的核心则为操作系统。
计算机自上而下大致分为四层，如图所示：

第1层	硬件
第2层	操作系统
第3层	应用程序
第4层	用户

操作系统是指控制和整个计算机系统的硬件与软件资源，合理地组织、调度计算机的工作和资源的分配，进而为用户和其他软件提供方便接口与环境的程序集合，是计算机系统中最基本的系统软件。

1.1.2操作系统的特征

操作系统的基本特征：并发、共享、虚拟、异步

（1）并发

并发是指两个或者多个事件在同一时间间隔内发生。
注意同一时间间隔（并发）和同一时刻（并行）的区别。

（2）共享

是指系统中的资源可供内存中的多个并发执行的进程共同使用。
有两种方式，如下：

方式
互斥共享	一段时间内只允许一个进程访问该资源
同时访问	允许一段时间内由多个进程 “ 同时 ” 访问

（3）虚拟

虚拟是指把一个物理上的实体变为若干逻辑上的对应物。

（4）异步

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

1.1.3操作系统的目标和功能

目标	提供的功能
给多道程序提供良好的运行环境	处理机管理、存储器管理、设备管理、文件管理
方便用户使用操作系统	向用户提供接口
提供更方便的服务、更高的资源利用率	操作系统可扩充机器

1.2操作系统发展史

操作系统的发展历程如下图1.1所示：

（3）系统调用

系统调用是指用户在程序中调用操作系统所提供的一些子程序，可视为特殊的公共子程序。
按功能分为如下几类：
设备管理、文件管理、进程控制、进程通信、内存管理
用户态到内核态的进入和退出，如下图所示：

（2）模块化

微内核的基本功能：进程（线程）管理、低级存储器管理、中断和陷入处理
微内核结构的优点：扩展性和灵活性、可靠性和安全性、可移植性、分布式计算
微内核主要是性能问题：频繁地在核心态和用户态之间进行切换，开销大，改善运行效率将频繁使用的系统服务移回内核，但又会使微内核容量明显增大。

（5）外核

不同于虚拟机克隆真实机器，另一种策略是对机器进行分区，给每个用户整个资源的一个子集。
外核机制减少了映射层，保持多个虚拟机彼此不发生冲突。

1.5操作系统引导

操作系统引导是指计算机利用CPU运行特定程序，通过程序识别硬盘，识别硬盘分区上的操作系统，最后通过程序启动操作系统。
引导过程：激活CPU、硬件自检、加载带有操作系统的硬盘、加载主引导记录MBR、扫描硬盘分区表、加载分区引导PBR、加载启动管理器，最后加载操作系统。

1.6虚拟机

概念:虚拟机是一台逻辑计算机，是指利用特殊的虚拟化技术，通过隐藏特定计算平台的实际物理特性，为用户提供抽象的、统一的、模拟的计算环境。

管理程序	特征
第一类虚拟机（图1.7a）	就像一个操作系统，且是唯一 一个 运行在最高特权级的程序
第二类虚拟机 （图1.7b）	依赖于Windows、Linux等操作系统分配和调度资源的程序，很像一个普通进程

来源：填丶涂