文章目錄
- 一、作業系統的特征
- 1、特征關系圖
- 2、四大特征
- 二、作業系統的發展
- 三、作業系統提供的接口
- 四、CPU的運作狀态
- 1、運作狀态關系圖
- 2、核心态與使用者态
- 3、核心态與使用者态之間的轉換
- 4、核心态與使用者态之間的差別
- 五、作業系統核心
- 六、系統調用
- 七、作業系統體系結構
一、作業系統的特征
1、特征關系圖
2、四大特征
（1）并發性：指兩個或多個事件在同一時間間隔内發生。
與并行的差別：并行更為嚴格，并行要求兩個或兩個以上的事物在同一個時刻發生。而并發實際上是多個程式同時向前推進的，程式之間是交替進行的。
（2）共享性：資源可供記憶體中多個并發執行的程序(線程)共同使用
分為了互斥共享與同時通路，共享與并發是作業系統中最為基本的特征，它們互為存在條件，一方面，資源共享以程式的并發執行為條件，若系統不允許程式并發執行，也就不存在共享的問題。另一方面，隻有作業系統對資源共享的可能， 才能使程式真正做到并發執行。
（3）虛拟性：是指通過某種技術把一個實體實體變為若幹個邏輯上的對應物在作業系統中，虛拟的實作主要是通過分時使用的方法。
實體實體是實的，而邏輯實體是虛的，是使用者的一種感覺而已，比如虛拟記憶體、多道程式設計下的分時系統，也成為虛拟機。虛拟性分為兩種，空分複用技術-擴充記憶體和時分複用技術-多個CPU。
（4）不确定性：也叫異步性，程序是以人們不可預知的速度向前推進，此即程序的異步性。
二、作業系統的發展
三、作業系統提供的接口
四、CPU的運作狀态
1、運作狀态關系圖
2、核心态與使用者态
（1）核心态：運作作業系統程式，特權指令：隻能由作業系統使用、使用者程式不能使用的指令。 舉例：啟動I/O 記憶體清零 修改程式狀态字 設定時鐘 允許/禁止終端 停機
（2）使用者态：運作使用者程式，非特權指令：使用者程式可以使用的指令。 舉例：控制轉移 算數運算 取數指令 訪管指令（使使用者程式從使用者态陷入核心态）
3、核心态與使用者态之間的轉換
使用者态—>核心态：唯一途徑是通過中斷、異常、陷入機制（訪管指令）
核心态—>使用者态：設定程式狀态字PSW
4、核心态與使用者态之間的差別
首先要有特權級别的概念；特權級别用特權環形象表示，R0是核心态，R3是使用者态。
1）核心态與使用者态是作業系統的兩種運作級别，當程式運作在3級特權級上時，就可以稱之為運作在使用者态。因為這是最低特權級，是普通的使用者程序運作的特權級，大部分使用者直接面對的程式都是運作在使用者态；
2）當程式運作在0級特權級上時，就可以稱之為運作在核心态。
3）運作在使用者态下的程式不能直接通路作業系統核心資料結構和程式。當我們在系統中執行一個程式時，大部分時間是運作在使用者态下的，在其需要作業系統幫助完成某些它沒有權力和能力完成的工作時,就進行系統調用進而陷入核心，由作業系統代為完成。
五、作業系統核心
六、系統調用
具體的相關知識都會在後面進行詳細總結，此處暫且簡單介紹。
1、裝置管理
裝置管理是作業系統中最龐雜、最瑣碎的部分，裝置管理的主要任務如下：
（1）完成使用者提出的輸入輸出請求，為使用者配置設定外部裝置；
（2）提高外部裝置的使用率；
（3）盡可能提高輸入輸出的速度；
（4）友善使用者使用外部裝置。
2、檔案管理
檔案系統的管理功能是通過把它所管理的程式和資料組織成一系列檔案的方法來實作的。而檔案則是指具有檔案名的若幹相關元素的集合。元素通常是記錄，而記錄是一組有意義的資料項的集合。可以把資料組成分為資料項、記錄、檔案。
3、程序控制
程序控制的主要功能是對系統中的所有程序實施有效的管理，它具有建立新程序、撤銷已有程序、實作程序狀态轉換等功能。j簡單來說，程控制就是要實作程序狀态的轉換。
4、程序通信
信号在程序的處理：
多道程式環境下的諸多程序在執行過程中有時需要傳遞資訊，例如有3個程序，分别是輸入程序、計算程序、列印程序。輸入程序負責輸入資料，然後傳給計算過程；計算過程利用輸入的資料進行計算，并把計算結果送給列印程序；列印程序将結果列印出來。這三個程序需要程序需要傳遞資訊，程序通信的任務就是用來實作互相合作程序之間的資訊傳遞。
5、存儲管理
作業系統為了有效地管理計算機的記憶體資源，應該具備以下四大功能：記憶體配置設定、記憶體保護、位址映射、記憶體擴充。
（1）記憶體配置設定
記憶體配置設定的主要任務是：為每一道程式配置設定記憶體空間，使它們“各得其所”；當程式撤消時，則收回它占用的記憶體空間。配置設定時注意提高存儲器的使用率。
（2）位址映射。
目标程式所通路的位址是邏輯位址集合的位址空間，而記憶體空間是記憶體中實體位址的集合，在多道程式環境下，這兩者是不一緻的，是以，存儲管理必須提供位址映射功能，用于把程式位址空間中的邏輯位址轉換為記憶體空間中對應的實體位址。
（3）記憶體保
記憶體保護的任務是確定每道程式都在自己的記憶體空間運作，互不幹擾。保護系統程式區不被使用者侵犯（有意或無意的），不允許使用者程式讀寫不屬于自己位址空間的資料（系統區位址空間，其他使用者程式的位址空間）。
（4）記憶體擴充.
記憶體擴充的任務是從邏輯上來擴充記憶體容量，使使用者認為系統所擁有的記憶體空間遠比其實際的記憶體空間（硬體RAM）大的多。
七、作業系統體系結構
1、大核心體系結構
大核心系統将作業系統的主要功能子產品都作為一個緊密聯系的整體運作在核心态，進而為應用提供高性能的系統服務。因為各管理子產品之間共享資訊，能有效利用互相之間的有效特性，是以具有無可比拟的性能優勢。