第一节

操作系统的特性

并发、共享、虚拟、异步

并发：区别于并行；单处理器必然并发；多处理器支持并行；

共享：互斥共享、同时共享

虚拟：时分复用、空分复用、设备虚拟化

异步：并发性导致异步性

操作系统的目标与功能

计算机资源管理、响应用户请求并分发为硬件执行

用户请求服务接口：命令接口（联机、脱机）、程序接口（系统调用）

随记

用户程序中调用的服务：库函数，绝大多数运行在用户态，部分涉及系统调用

用户只能通过用户程序间接使用系统调用，但系统调用并非请求服务的唯一方式

对于敏感操作，用户无法执行，只能请求操作系统服务

第二节

单道批、多道批；

单：内存仅一道程序；异常或完成时替换；处理器外设串行工作

多：内存多道作业；阻塞即被替换，处理器外设并行工作；作业调度；无交互性；

分时：多道批；时间片剥夺(时间片到期、异常、阻塞、完成)；时分复用；强交互性；

实时：硬实时；软实时；及时性更强；分时基础；

网络、分布式、个人：目前流行

逻辑：

人机速度矛盾诞生单道批；机器外设矛盾诞生多道批；人机交互矛盾诞生分时、实时

顺应时代发展诞生实时、网络、分布式、个人

随记

单道批适用于批处理作业；多道批适用于多作业处理

周转时间、调度时间、响应时间等，均为分时操作系统进程调度概念，从未硬性要求

中断技术是多道批操作系统能够出现的核心

多道程序操作系统必须要实现并发和共享，其余均可随意

第三节

处理器运行模式

特权指令：

非特权指令：访管、陷入、系统调用、库函数、程序运行指令…

特权指令：返回指令、I/O指令、中断指令…

时钟管理、中断处理、设备驱动、进程管理、存储器管理、设备管理均属于内核功能

内核功能

时钟管理、中断机制、原语、数据结构管理

中断及相关知识点

该部分暂未读懂，未来结合题目、中断、计组、套卷再度思考

随记

不管什么操作系统，运行程序都需要从一个初始地址开始

中断是操作系统的功能，多道批必须提供；

中断处理结束返回的程序既可能是目态也可能是管态，中断处理过程必然是管态

常见的非特权指令：

存取数，读时钟，加减乘除，寄存器清零，压栈弹栈，跳转，trap（访管）

常见的特权指令：

开关中断，写时钟，输入输出，写PSW、I/O指令

简洁来说就是，对于共享资源的访问需要特权指令来执行

对于独占资源的访问，非特权指令进行执行就可以了

特权指令：I/O指令、置中断指令、中断返回指令、关中断指令(清内存、置时钟、分配资源、修改页表段表、修改用户访问权限)

核心态：时钟管理、中断处理、设备驱动、进程管理、存储器管理、设备管理

系统调用：设备管理、文件管理、进程控制、进程通信、内存管理
【异常：故障（falut）、陷阱（trap）、终止（abort）】

系统调用的执行一定在操作系统内核，系统调用本身一定是用户态发生的事件

[https://blog.csdn.net/weixin_45415929/article/details/127852663]

第四节

操作系统结构

分层法、模块化、宏内核、微内核、外核

分层法：

易于调试；维持接口即可扩充；依赖关系难定义；不灵活；性能低；难划分

特征：层级化、层只能与邻接层直接通信、上调下、下供上

模块化：

内聚性、耦合度概念；纸上谈兵；更灵活；独立清晰；可动态加载与卸载模块

特征：模块化、模块与模块间接口通信

宏内核：

规模庞大、设计复杂、功能繁多；性能极高；安全性低；

微内核：

规模较小、设计简单、功能外置；性能较低；安全性高；灵活；易于移植；分布式

内核仅提供基本服务，大部分服务置于用户态服务程序

采用C/S架构、服务程序间的交互必须基于内核的通信机制导致频繁切换核态

基本功能：内核提供机制硬件、软件基础；用户态服务程序实现功能；抽象和具体关系

常考机制：

1.进程管理：进程创建、进程调度、进程终止、上下文切换

2.内存管理：内存分配、地址空间管理、分页机制

3.中断处理：硬件中断处理、异常处理、处理异常情况

4.低级通信机制：消息传递、同步机制

5.低级硬件控制：基本设备管理、引导和初始化

外核：

本质为内核态虚拟机资源分配管理程序，可顺便实现硬件资源分配利用回收管理

操作系统引导

P348，21年统考题，操作系统引导过程

磁盘相关：

磁盘低级格式化到存在磁道、扇区

磁盘分区，产生主引导记录、分区引导记录；只有结构没有内容

磁盘逻辑格式化（高级格式化），装载文件系统、装载操作系统

引导过程：

BIOS，通电自检、加载默认存储设备零号盘块

读取MBR，读取分区表、分区引导程序，移交控制权于分区引导程序寻找活动分区

读取活动分区首盘块：PBR，读取启动管理器寻找程序，转交控制权寻找启动管理器

寻找到后转交给启动管理器，加载操作系统初始化程序入内存，引导完毕

细节补充：

BIOS程序存储在主板上的ROM中，与RAM一起构成主存

外存可以为磁盘、硬盘、U盘、光盘等，各自均可存有操作系统，默认一般排磁盘

MBR，外存设备零号扇区，内含分区表、程序、标记符；活动分区，含操作系统分区

PBR，活动分区零号扇区，内含程序、标记符；BOOT程序一般指代MBR中程序

启动管理器加载操作系统；BOOT程序寻找并加载活动分区；PBR用于寻找并加载管理器

引导过程共有四个程序；

虚拟机

第一类虚拟机

相当于一个操作系统或者外核，可以直接运行在硬件上、分配未抽象的硬件资源

性能强、能够支持更多的虚拟机，但迁移性较差，全部运行在内核态

第二类虚拟机

相当于一个用户程序，运行在宿主操作系统上，部分运行于内核态

无法分配硬件资源、只能由宿主操作系统代为分配资源、性能弱、支持数量少

共性细节补充

虚拟机对特权指令的使用均会被虚拟机管理程序截断，当是内核态的命令时

第一类虚拟机管理程序会直接安排正常的指令执行，第二类需要使用宿主的系统调用

当用户态执行特权指令时，均会被虚拟机管理程序直接模拟驳回，不安排硬件

随记

库的概念：运行在用户态的已编制好直接可引用的函数、程序；系统调用的请求方法

部分库函数、程序涉及系统调用，用户可以依靠调用库函数间接请求操作系统服务

外核作为内核中的运行程序，管理资源的分配，用户自然可以请求外核服务

操作系统内核部分常驻内存，其他部分按需调入

操作系统引导程序，共有四个，仅初始，BIOS，不存在于磁盘

加载入MBR，PBR，这一类加载入后，先前程序的控制权就全部转给相应分区，不再参与

BIOS，相应引导过程、中断向量表的构建，相对细节依旧需要注意