Chapter 1. 计算机系统概述

公式与性质

• 操作系统的特征

  1. Concurrence 并发（现代操作系统的基本特征）
  2. Sharing 共享
  3. Virtual 虚拟
  4. Asynchronism 异步

• 操作系统的主要功能：处理机管理、存储器管理、设备管理、文件管理。

• 操作系统的目标：方便性、有效性、扩展性。

• 单道批处理系统

  1. 自动性。
  2. 顺序性。
  3. 单道性。
  • 缺点：每次主机内存中仅存放一道作业，每当运行期间发出输入/输出请求后， 高速 CPU 便处于等待低速的 I/O 完成的状态。

• 多道批处理系统

  1. 多道。
  2. 宏观上并行。
  3. 微观上串行。
  • 优点：资源利用率高，系统吞吐量大。
  • 缺点：用户响应的时间较长，不提供人机交互能力。

• 分时操作系统

  1. 同时性（多路性）。允许多个用户同时使用一台计算机。
  2. 交互性。
  3. 独立性。单个用户感觉不到别人也在使用这台计算机。
  4. 及时性。
  • 缺点：不能处理紧急任务。

• 实时操作系统

  1. 及时性。
  2. 可靠性。
  • 硬实时系统：必须在规定时间内处理完规定的事件。
  • 软实时系统：偶尔违反规定而不会引起任何永久性的损害。

• CPU 的运行模式

  • 用户态（目态）
  • 核心态（管态、内核态）

• 操作系统结构

  1. 分层法：每层只能调用紧邻它的低层的功能和服务。
     • 优点：
       1. 便于系统调试和验证。
       2. 易扩充和易维护。
     • 缺点：
       1. 合理定义各层比较困难。
       2. 效率较差。
  2. 模块化（模块-接口法）
     • 优点：
       1. 提高了操作系统设计的正确性、可理解性和可维护性。
       2. 增强了操作系统的可适应性。
       3. 加速了操作系统的开发过程。
     • 缺点：
       1. 模块间的接口规定很难满足对接口的实际需求。
       2. 无法找到一个可靠的开发顺序。
  3. 宏内核：主要功能模块都运行在内核态
  4. 微内核：只在内核态执行最基本的功能
     • 基本功能
       1. 进程（线程）管理。
       2. 低级存储器管理。
       3. 中断和陷入处理。
     • 特点
       1. 扩展性和灵活性。
       2. 可靠性和安全性。一个模块的错误不会使整个系统崩溃。
       3. 可移植性。
       4. 分布式计算。

• 操作系统引导

  1. 激活 CPU 读取 ROM 中的 boot 程序，执行 BIOS 的指令。
  2. BIOS 程序构建中断向量表，随后硬件通电自检。
  3. BIOS 读取 Boot Sequence，加载启动顺序第一位的存储设备的引导扇区。
  4. 加载主引导记录 MBR ，用于标记操作系统位于的主分区。
  5. 加载分区引导记录 PBR （活动分区的第一个扇区）。
  6. 加载启动管理器。
  7. 加载操作系统。

概念

• 引入多道程序技术的前提条件之一是系统具有中断功能。

  并发需要中断。

• 分时系统中为了使多个用户能够同时与系统交互，最关键的问题是系统能够及时接收多个用户的输入。

考点

• 单道批处理系统的主要缺点是CPU的利用率不高。引入多道程序最重要的目的是充分利用CPU。

• 当 CPU 处于内核态时，它可以执行计算机系统的所有指令。

• 访管指令仅在用户态下使用，执行也在用户态。

• 在多道程序设计中，一个进程被中断后交出 CPU 控制权，一旦中断处理程序执行完成后，被中断的进程也不能立即获得 CPU 控制权、恢复执行。

  需要等待调度。

• 中断处理中，需要保护被中断进程的所有控制信息。

• 进程调度不涉及系统调用。