计算机操作系统 - 概述

基本特征

1. 并发

   并发是指宏观上在一段时间内能同时运行多个程序，而并行则指同一时刻能运行多个指令。

   并行需要硬件支持，如多流水线、多核处理器或者分布式计算系统。

   操作系统通过引入进程和线程，使得程序能够并发运行。

2. 共享

   共享是指系统中的资源可以被多个并发进程共同使用。

   有两种共享方式：互斥共享和同时共享。

   互斥共享的资源称为临界资源，例如打印机等，在同一时刻只允许一个进程访问，需要用同步机制来实现互斥访问。

3. 虚拟

   虚拟技术把一个物理实体转换为多个逻辑实体。

   主要有两种虚拟技术：时（时间）分复用技术和空（空间）分复用技术。

   多个进程能在同一个处理器上并发执行使用了时分复用技术，让每个进程轮流占用处理器，每次只执行一小个时间片并快速切换。

   虚拟内存使用了空分复用技术，它将物理内存抽象为地址空间，每个进程都有各自的地址空间。地址空间的页被映射到物理内存，地址空间的页并不需要全部在物理内存中，当使用到一个没有在物理内存的页时，执行页面置换算法，将该页置换到内存中。

4. 异步

异步指进程不是一次性执行完毕，而是走走停停，以不可知的速度向前推进

基本功能

1. 进程管理: 进程控制、进程同步、进程通信、死锁处理、处理机调度等
2. 内存管理: 内存分配、地址映射、内存保护与共享、虚拟内存等
3. 文件管理: 文件存储空间的管理、目录管理、文件读写管理和保护等
4. 设备管理: 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，主要包括缓冲管理、设备分配、设备处理、虛拟设备等

系统调用

如果一个进程在用户态需要使用内核态的功能，就进行系统调用从而陷入内核，由操作系统代为完成

宏内核和微内核

1. 宏内核

   宏内核是将操作系统功能作为一个紧密结合的整体放到内核 由于各模块共享信息，因此有很高的性能

2. 微内核

   由于操作系统不断复杂，因此将一部分操作系统功能移出内核，从而降低内核的复杂性。移出的部分根据分层的原则划分成若干服务，相互独立。 在微内核结构下，操作系统被划分成小的、定义良好的模块，只有微内核这一个模块运行在内核态，其余模块运行在用户态。 因为需要频繁地在用户态和核心态之间进行切换，所以会有一定的性能损失

中断分类

1. 外中断: 由 CPU 执行指令以外的事件引起，如 I/O 完成中断，表示设备输入/输出处理已经完成，处理器能够发送下一个输入/输出请求。此外还有时钟中断、控制台中断等
2. 异常: 由 CPU 执行指令的内部事件引起，如非法操作码、地址越界、算术溢出等
3. 陷入: 在用户程序中使用系统调用