操作系统复习笔记（一）——Introduction

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 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