第一章 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、功能和目标

一、操作系统的层次结构

 二、操作系统的功能与目标

1、计算机系统资源的管理者 

（1）、处理器（cpu）管理

在多道程序环境下，cpu的分配和运行都以进程（或者线程）为基本单位，因此对cpu的管理可以理解为对进程的管理。进程管理的主要功能包括，进程控制、进程同步、进程通信、死锁处理、处理调度等

 （2）、存储器管理

为多道程序的运行提供良好的环境，方便用户使用及提高内存的利用率，主要包括内存分配与回收、地址映射、内存保护与共享和内存扩充

 （3）、文件管理

计算机中所有的信息都是以文件的形式存在的，操作系统中负责文件的管理部分称为文件系统

文件管理包括文件存储空间的管理、目录管理及文件读写管理和保护等

（4）、设备管理

设备管理的主要任务是完成用户的I/O请求，方便用户使用各种设备，并提高设备的利用率，主要包括缓存管理、设备分配、设备处理和虚拟设备等功能

 2、作为用户与计算机硬件系统之间的接口

为了让用户方便、快捷、可靠的操作计算机硬件并执行之间的程序，操作系统提供了用户接口

·1、命令接口：用户可以直接使用的，利用这些操作命令来组织和控制作用的执行

2、程序接口：用户通过程序间接使用的，程序人员可以使用它们来请求操作系统服务

程序接口：由一组系统调用（也称广义指令）组成

用户通过在程序中使用这些系统调用来请求操作系统为其提供服务，只能通过用户程序间接调用

如使用各种外部设备、申请分配合回收内存及其他各种要求

 

 动态链接库英文为DLL，是Dynamic Link Library的缩写。DLL是一个包含可由多个程序，同时使用的代码和数据的库。

3、作为扩充机器（虚拟机）

 没有任何软件支持的计算机称为裸机

覆盖了软件的机器称之为扩充机器或虚拟机

类比

硬件：锤子、锯子、木头

操作系统：优秀的工匠

操作系统对硬件机器的拓展：通过优秀工匠，这些简单的原料可以组织成房子、帆船、匹诺曹

操作系统的特征

1、并发

一个cpu处理多个事情，交替执行任务

并行   一个cpu同一时刻同时进行多个任务

2、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

 3、虚拟

虚拟是指把一个物理上的实体变为若干个逻辑上的对应物。物理实体（前者）是实际存在的，而逻辑上对应物（后者）是用户感受到的

 4、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

1.2 操作系统的发展和分类

1. 3 操作系统的运行机制和体系结构

1.3.1 操作系统的运行机制和体系结构

1、操作系统的运行机制和体系结构

 2、操作系统内核在计算机系统中的层次结构

 3、操作系统体系结构类比

 4、操作系统用户态和核心态的转换

1.3.2 中断和异常（内中断和外中断，中断处理过程）

中断一旦发生cpu就会进入核心态，这也是cpu进入核心态的唯一途径

外中断的处理过程

 

 1.3.3 系统调用（执行过程、访管指令、库函数与系统调用）

用户进程想要使用共享资源，只能使用系统调用向操作系统发出请求，操作系统会对各个请求进行协调管理代为完成

系统调用知识框架图

 系统调用和库函数的区别

比如我们在使用库函数创建一个文件的时候，这个涉及到了共享资源会使用系统调用

 系统函数调用的执行过程