操作系统知识点大总结

朱雀 2023-01-13 10:55 147阅读 0赞

### 文章目录 ###

*   *  一、操作系统的特征
     *   *   *  1、特征关系图
             *  2、四大特征
     *  二、操作系统的发展
     *  三、操作系统提供的接口
     *  四、CPU的运行状态
     *   *   *  1、运行状态关系图
             *  2、核心态与用户态
             *  3、核心态与用户态之间的转换
             *  4、核心态与用户态之间的区别
     *  五、操作系统内核
     *  六、系统调用
     *  七、操作系统体系结构

## 一、操作系统的特征 ##

#### 1、特征关系图 ####

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#### 2、四大特征 ####

（1）并发性：指两个或多个事件在同一时间间隔内发生。  
与并行的区别：并行更为严格，并行要求两个或两个以上的事物在同一个时刻发生。而并发实际上是多个程序同时向前推进的，程序之间是交替进行的。

（2）共享性：资源可供内存中多个并发执行的进程(线程)共同使用  
分为了互斥共享与同时访问，共享与并发是操作系统中最为基本的特征，它们互为存在条件，一方面，资源共享以程序的并发执行为条件，若系统不允许程序并发执行，也就不存在共享的问题。另一方面，只有操作系统对资源共享的可能， 才能使程序真正做到并发执行。

（3）虚拟性：是指通过某种技术把一个物理实体变为若干个逻辑上的对应物在操作系统中，虚拟的实现主要是通过分时使用的方法。  
物理实体是实的，而逻辑实体是虚的，是用户的一种感觉而已，比如虚拟内存、多道程序设计下的分时系统，也成为虚拟机。虚拟性分为两种，空分复用技术-扩充内存和时分复用技术-多个CPU。

（4）不确定性：也叫异步性，进程是以人们不可预知的速度向前推进，此即进程的异步性。

## 二、操作系统的发展 ##

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## 三、操作系统提供的接口 ##

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## 四、CPU的运行状态 ##

#### 1、运行状态关系图 ####

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#### 2、核心态与用户态 ####

（1）核心态：运行操作系统程序，特权指令：只能由操作系统使用、用户程序不能使用的指令。 举例：启动I/O 内存清零 修改程序状态字 设置时钟 允许/禁止终端 停机

（2）用户态：运行用户程序，非特权指令：用户程序可以使用的指令。 举例：控制转移 算数运算 取数指令 访管指令（使用户程序从用户态陷入内核态）

#### 3、核心态与用户态之间的转换 ####

用户态—>内核态：唯一途径是通过中断、异常、陷入机制（访管指令）  
内核态—>用户态：设置程序状态字PSW

#### 4、核心态与用户态之间的区别 ####

首先要有特权级别的概念；特权级别用特权环形象表示，R0是内核态，R3是用户态。

1）内核态与用户态是操作系统的两种运行级别，当程序运行在3级特权级上时，就可以称之为运行在用户态。因为这是最低特权级，是普通的用户进程运行的特权级，大部分用户直接面对的程序都是运行在用户态；

2）当程序运行在0级特权级上时，就可以称之为运行在内核态。

3）运行在用户态下的程序不能直接访问操作系统内核数据结构和程序。当我们在系统中执行一个程序时，大部分时间是运行在用户态下的，在其需要操作系统帮助完成某些它没有权力和能力完成的工作时,就进行系统调用从而陷入内核，由操作系统代为完成。

## 五、操作系统内核 ##

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## 六、系统调用 ##

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具体的相关知识都会在后面进行详细总结，此处暂且简单介绍。  
**1、设备管理**  
设备管理是操作系统中最庞杂、最琐碎的部分，设备管理的主要任务如下：  
（1）完成用户提出的输入输出请求，为用户分配外部设备；  
（2）提高外部设备的利用率；  
（3）尽可能提高输入输出的速度；  
（4）方便用户使用外部设备。

**2、文件管理**  
文件系统的管理功能是通过把它所管理的程序和数据组织成一系列文件的方法来实现的。而文件则是指具有文件名的若干相关元素的集合。元素通常是记录，而记录是一组有意义的数据项的集合。可以把数据组成分为数据项、记录、文件。

**3、进程控制**  
进程控制的主要功能是对系统中的所有进程实施有效的管理，它具有创建新进程、撤销已有进程、实现进程状态转换等功能。j简单来说，程控制就是要实现进程状态的转换。

**4、进程通信**  
信号在进程的处理：  
![07][]  
多道程序环境下的诸多进程在执行过程中有时需要传递信息，例如有3个进程，分别是输入进程、计算进程、打印进程。输入进程负责输入数据，然后传给计算过程；计算过程利用输入的数据进行计算，并把计算结果送给打印进程；打印进程将结果打印出来。这三个进程需要进程需要传递信息，进程通信的任务就是用来实现相互合作进程之间的信息传递。

**5、存储管理**  
操作系统为了有效地管理计算机的内存资源，应该具备以下四大功能：内存分配、内存保护、地址映射、内存扩充。  
（1）内存分配  
内存分配的主要任务是：为每一道程序分配内存空间，使它们“各得其所”；当程序撤消时，则收回它占用的内存空间。分配时注意提高存储器的利用率。  
（2）地址映射。  
目标程序所访问的地址是逻辑地址集合的地址空间，而内存空间是内存中物理地址的集合，在多道程序环境下，这两者是不一致的，因此，存储管理必须提供地址映射功能，用于把程序地址空间中的逻辑地址转换为内存空间中对应的物理地址。  
（3）内存保  
内存保护的任务是确保每道程序都在自己的内存空间运行，互不干扰。保护系统程序区不被用户侵犯（有意或无意的），不允许用户程序读写不属于自己地址空间的数据（系统区地址空间，其他用户程序的地址空间）。  
（4）内存扩充.  
内存扩充的任务是从逻辑上来扩充内存容量，使用户认为系统所拥有的内存空间远比其实际的内存空间（硬件RAM）大的多。

## 七、操作系统体系结构 ##

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**1、大内核体系结构**  
大内核系统将操作系统的主要功能模块都作为一个紧密联系的整体运行在核心态，从而为应用提供高性能的系统服务。因为各管理模块之间共享信息，能有效利用相互之间的有效特性，所以具有无可比拟的性能优势。

**2、微内核体系结构**  
为解决操作系统的内核代码难以维护的问题，于是提出了微内核的体系结构。它将内核中最基本的功能（如进程管理等）保留在内核，而将那些不需要在核心态执行的功能移到用户态执行，从而降低了内核的设计复杂性。而那些移出内核的操作系统代码根据分层的原则被划分成若干服务程序，它们的执行相互独立，交互则都借助于微内核进行通信。

微内核结构有效地分离了内核与服务、服务与服务，使得它们之间的接口更加清晰，维护的代价大大降低，各部分可以独立地优化和演进，从而保证了操作系统的可靠性。

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