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【云顶娱乐平台】OS概述

操作系统做什么

 


 

1. 计算机系统有4个组成部分:计算机硬件,操作系统,系统程序与应用程序和用户。 

 

 
操作系统的组成部分:内核为资源(特别是内存、处理器和I/O设备)提供了最低层次的抽象层。它包括(但不限于)以下组件

  CPU管理器、内存管理器、文件系统、设备管理器

 

 

             
           
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2. 什么是操作系统?(不同观点)

  • 控制程序—-操作系统控制和协调不同用户的各种应用程序之间的硬件使用。(操作系统是管理计算机硬件的程序,为应用程序提供基础,充当计算机硬件和计算机用户的中介)

  • 资源管理器(资源分配器)—-操作系统管理计算机的资源,使各种应用程序和用户能够有效和公平地操作计算机系统。

  • 扩展机(虚拟机)—-操作系统抽象了计算机硬件,为用户提供了友好的界面。

  • 没有通用的可接受定义—–操作系统的存在是因为它们是解决创建可用计算系统问题的合理方法。

 

 

云顶娱乐平台 2 用户视角

进程管理

1.一个单线程的进程有一个程序计数器指定下一条要执行的指令,多线程的进程有多个程序计数器。

2.一个进程要完成任务需要如下资源:CPU,存储器,文件和 I/O 设备。


实时嵌入式系统:

26.嵌入式系统:几乎都是运行实时操作系统,当对处理器操作或数据流动有严格时间要求时就需要使用实时系统,例如:科学实验、医学成像系统、工业控制系统。——– 定义:实时操作系统是保证在一定时间限制内完成特定功能的操作系统。

 


 

小结


 

 

 

26. 操作系统是管理计算机硬件并提供应用程序运行环境的软件。也许操作系统最为直观之处在于它提供了人与计算机系统的接口。

 

 27.为了让计算机执行程序,程序必须位于内存中。内存是处理器能直接访问的唯一的大**容量存储区域。内存为字节或字的数组,容量为数百阻到数百
MB。每个字都有其地址。**内存是易失性存储器,当没有电源时会失去其内容。绝大多数计算机系统都提供了外存以扩充内存。二级存储器提供了一种非易失存储,它可以长久地存储大量数据。最常用的二 级存储器是磁盘,它提供对数据和程序的存储。

 

28.根据速度和价格,可以将计算机系统的不同存储系统按层次来组织。最高层最为昂贵但也最快。随着向层次结构下面移动,每一个位的存储价格通常降低,而访问时间通常增加。

 

29.计算机系统的设计有多种不同的方法。单处理器系统只有一个处理器,而多处理器系统包含两个或更多的处理器来共享物理存储及外设。对称多处理技术 CSMP)
是最为普通的多处理器设计技术,其中所有的处理器被视为对等的,且彼此独立地运行。集群系统是一种特殊的多处理器系统,它由通过局域网连接的多个计算机系统组成。 

 

30.为了最好地利用
CPU,现代操作系统采用允许多个作业同时位于内存中的多道程序设计,以保证 CPU 中总有-个作业在执行。分时系统是多道程序系统的扩展,它采用调度算法实现作业之间快速的切换,好像每个作业在同时进行一样。 

 

 

31.
操作系统必须确保计算机系统的正确操作。为了防止用户干预系统的正常操作,硬件有两种模式:用户模式和内核模式。许多指令(如I/O
指令和停机指令)都是特权的,只能在内核模式下执行。操作系统所驻留的内存也必须加以保护以防止用户程序修改。定时器防止无穷循环。这些工具(如双模式、特权指令、内存保护、定时器中断)是操作系统所使用的基本单元,用以实现正确操作。 

 

32. 进程(或作业)是操作系统工作的基本单元。进程管理包括创建和删除进程、为进程提供与其他进程通信和同步的机制。操作系统通过跟踪内存的哪部分被使用及被谁使用来管理内存。操作系统还负责动态地分配和释放内存空间,同时还管理存储空间,包括为描述文件提供文件系统和目录,以及管理大存储器设备的空间。 

 

33. 操作系统必须考虑到它与用户的保护和安全问题。保护是提供控制进程或用户访问计算机系统资源的机制。安全措施用来抵御计算机系统所受到的外部或内部的攻击。 

 

34.  分布式系统允许用户共享通过网络连接的、在地理位置上是分散的计算机的资源。可以通过客户机服务器模式或对等模式来提供服务。在集群系统中,多个机器可以完成驻留在共享存储器上的数据的计算,即便某些集群的子集出错,计算仍可以继续。 

 

35.  局域网和广域网是两种基本的网络类型。局域网允许分布在较小地理区域内的处理器进行通信,而广域网允许分布在较大地理区域内的处理器进行通信。局域网通常比广域网快。 

 

36.  计算机系统具有一些特殊的服务目的,包括为嵌入式环境设计的实时操作系统,如消费设备、汽车和机器人。实时操作系统具有己定义的、固定的时间约束。进程必须在定义的约束内执行,否则系统将出错。多媒体系统涉及多媒体数据传送,常常有显示或使用音频、视频或者同步的音频和视频流的特别要求。 

 

37. 近来,由于 Internet 和 www
的影响,现代操作系统也集成了 www
浏览器、网络和通信软件。 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

云顶娱乐平台 3 计算机系统的存储结构

操作系统结构

1.简单结构:DOS和UNIX。利用最小的空间提供最多的功能,没有被划分为模块。应用程序能够访问最底层的、基本的设备驱动,因此易受恶意程序的伤害。

2.分层方法:采用自顶向下方法,将总的功能和特征划分为模块。模块化的其中方法是分层方法:将操作系统分为若干层(级),最底层(层0)为硬件,最高层(层N)为用户接口,分层结构类似一个同心圆。分层法最大的优点在于构造和调试的简单化(每层只能利用较低层的功能和服务、每层为高层隐藏了一定数据结构、操作和硬件存在),主要困难在于对层的详细定义相比其他方法的低效

3.微内核:将操作系统中所有非基本部分从内核中移走,将它们实现为系统程序或用户程序,从而得到更小的内核。微内核通常包括最小的进程内存管理、通信功能

   
1)微内核的主要功能:使客户程序和各种服务之间通信,客户程序和服务之间不会直接交互,而是通过微内核的消息传递

   
2)因为新服务不需修改内核,因此便于扩充操作系统;因为大多数服务作为用户而不是内核进程运行,因此提供了更好的安全性和可靠性

   
3)因为使用消息传递跨越了内核和用户态,系统功能总开销增加,因此系统性能下降

4.模块:7个可加载内核模块,一个核心内核。动态加载模块。内核可以提供核心服务,也可动态实现特定功能。该方法和微内核方法类似,核心模块只有核心功能以及其他模块加载、通信的相关信息,但模块方法中,模块之间不需要调用消息传递来通信。

操作系统生成:配置生成系统的过程称为系统生成。需要考虑的信息有:使用什么CPU、多少可用内存、哪些可用设备、需要什么操作系统选项和参数值

计算机系统组织


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  1. 计算机系统的操作
  • 现代通用计算机系统由一个或多个CPU和若干设备控制器通过共同的总线相连而成。

 

                                                                       
           
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引导程序:通常位于ROM或者EEPROM,称为计算机硬件中的固件。用来初始化系统的所有部分(CPU寄存器,设备控制器和内存)。

 

 中断:硬件可随时通过系统总线向CPU发出信号,出发中断。软件通过系统调用(或者其他特别操作)触发中断。

                                                                       
         
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中断处理程序:发出中断请求的那个程序。

 

指针表:通常位于低地址内存(前100左右的位置),包含各种设备的中断处理子程序的地址。这种地址的数组或中断向量可通过唯一设备号来索引,以提供设备的中断处理子程序的地址。

中断处理程序需要修改处理器状态,如修改寄存器的值,以明确保存当前状态并在返回之前恢复状态。处理中断之后,保存的返回地址被装入程序计数器,中断程序重新开始。

 

  1. 存储结构
  • 内存是处理器可以直接访问的唯一的大容量存储区域。它通常被称为动态随机访问内存

 

一个典型指令执行周期如下:

 

                                         
     
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  • 主存:只有CPU可以直接访问的大型存储介质。

  • 辅存:非易失性大存储容量的主存储器的扩展——磁盘(绝大多数程序(比如:QQ、浏览器)都保存在磁盘上,直到运行程序时、才装入内存)

  • 磁盘:最常用的辅存。磁盘表面逻辑上划分为磁道,再细分为扇区。磁盘控制器决定设备和计算机之间的逻辑交互。

 

7.I/O结构

  • 设备控制器连接一个或多个设备和CPU。例如SCSI(small
    computer system
    interface)可以连接7个或更多的设备。设备控制器维护一定量的本地缓冲存储和一组特定用途的寄存器,负责在其所控制的外部设备和本地缓冲存储之间进行数据传递。通常操作系统为每个设备控制器提供一个设备驱动,用来理解设备控制器,并提供一个设备与其余操作系统的统一接口。

 

I/O操作如下所示:

                         
               
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 如果是读操作,返回的可能是数据或者数据的指针,如果是其他操作,返回的可能是状态信息。

  • 除此,还有DMA(direct
    memory
    access)的I/O设备,在DMA中设置好缓冲、指针和计数器后,设备控制器能在本地缓冲和内存之间传送整块数据,无需CPU干涉。

  • 每块只产生一个中断,告知设备驱动程序操作已完成(低速设备每个字节产生一个中断。

 


 

 计算机系统体系结构


 

 

 

 8. 单处理系统:由一个主CPU执行一个通用指令集,包括来自于用户进程的指令;绝大多数系统还包括其他特定目的的处理器,可能以专用设备处理器的形式出现,也可能以通用处理器的形式出现。 
所有专用处理器运行一个受限的指令集,不运行用户进程,有时由操作系统管理,操作系统将任务信息发送给这些处理器。

 

9.多处理器系统,也成为并行系统(parallel
system)或紧耦合系统(tightly coupled
system),这类系统含有多个通信CPU,共享计算机总线。其优点如下:

  • 增加吞吐量:通过增加处理器的数量,但同时会多出管理多个CPU的开销。

  • 规模经济:通过共享外设,存储和电源来节省资金。

  • 增加可靠性:
    单个处理器失灵不会导致整个系统停止。

 

10.  多处理器系统主要有两种类型:非对称多处理(asymmetric
multiprocessing)和对称多处理(symmetric multiprocessing,SMP)。

  • 非对称多处理(asymmetric
    multiprocessing):每个处理器都有各自特定的任务,一个主处理器控制系统,其他处理器或者从主处理器要任务,或者做预先定义的任务。这种称为主-从关系。

  • 对称多处理(symmetric
    multiprocessing,SMP):每个处理器都要完成操作系统中的所有任务,所有处理器对等,处理器之间没有主-从关系。好处是N个CPU可以同时运行,并且不影响效率。

 

11. 集群系统

  •  
     定义:与多处理器系统一样,集群系统将多个CPU集中起来完成计算任务。然而,集群系统与多处理器系统不同,它是由两个或多个独立的系统耦合起来的。常用的方式是共享存储并通过局域网连接。也分对称和非对称两种。通常用来提供高可用性服务。

 

  • 非对称集群:一台机器处于热备份模式,一台运行应用程序,热备份主机监视现役服务器,如果该服务器失效,那么切换

  • 对称集群:多台主机都运行应用程序,互相监视,

  • 并行集群:允许多个主机访问共享存储上的相同数据

 


 操作系统结构


 

 

 

 12.
操作系统最重要的一点是要有多道程序处理能力。多道程序设计通过组织作业(编码或数据)使CPU总有一个作业在执行,从而提高了CPU的利用率。

 

云顶娱乐平台 8计算机系统体系结构

定义操作系统

1.操作系统(operating
system):
是管理计算机硬件的一个程序,它同时作为用户和硬件的中间层,为应用程序提供了基础。

2.计算机系统可大致划分为四个部件:硬件、操作系统、应用程序(application
programs)、用户 。

3.硬件包括:中央处理器(cpu)、存储器(memory)和输入输出(I/O)设备。操作系统控制并协调多个用户的多道程序。

4.从计算机的视角来说,操作系统的的工作(作用):资源管理、程序控制。

5.操作系统的功能:进程管理、内存管理、存储管理、I/O、保护/安全。

    进程:创建、删除、挂起、重启进程;提供进程的同步、通信、死锁机制。

    内存:记录内哪部分正在使用、被谁使用;决定哪些进程可进入内存;分配和释放内存空间。

    存储:创建/删除文件,大容量外存(算法)


云顶娱乐平台 9 I/O结构

计算机系统操作:现代通用计算机系统由一个或多个CPU和若干设备控制器通过共同的总线相连而成,该总线提供了对共享内存的访问。每个设备控制器负责一种特定的设备(比如磁盘驱动器,音频设备,视频显示器)。CPU与设备控制器可以并发工作,并竞争内存周期。为确保对共享内存的有序访问,需要内存控制器来协调对内存的访问。

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计算机启动时,首先需要运行一个初始化程序。该初始化程序(引导程序
bootstrap
program)比较简单,位于ROM或者EFPROM中,也叫做计算机硬件中的固件。它的主要职责:初始化系统的所有部分,包括CPU寄存器、设备控制器和内存内容,必须知道如何装入操作系统并开始执行系统。需要定位操作系统内核并将其装入内存。之后操作系统开始执行第一个进程如init,并等待事件的发生。

事件的发生通常通过硬件或者软件的中断来表示。硬件可以随时通过系统总线向CPU发出信号,以触发中断。软件通过执行特殊操作比如系统调用(System
call)也能触发中断。

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中断是计算机结构的重要部分。每个计算机设计都有自己的中断机制,但是有些功能是共同的。中断必须将控制转移到合适的中断处理程序。处理转移的简单方法是调用一个通用子程序以检查中断信息。接着,子程序会调用相应的中断处理程序。不过处理中断要快,可以通过处理中断子程序的指针表实现。

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中断体系结构也保存被中断指令的地址。许多旧的设计简单地在固定位置中保存中断地址。更为现代的结构将返回系统堆栈的地址,若果中断处理程序需要修改处理器状态,如修改寄存器的值,它必须明确地保存当前状态并在返回前恢复该状态。在处理中断之后,保存的地址会装入程序计数器,被中断的计算可以重新开始,就好像中断没有发生一样。

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存储结构:计算机程序必须在内存(随机访问内存 random access
memory,RAM)中以便运行。内存是处理器可以直接访问的唯一的大容量存储区域、通常是用被称为动态随机访问内存(dynamic
random access
memory,DRAM)的半导体技术来实现的,是一组内存字的数组,每个字都有其地址。通过对特定内存地址执行一系列load或store指令来实现交互。指令load能将内存中的字移动到CPU的寄存器中,而指令store能将寄存器内容移动到内存。除了显式使用load和store外,CPU可自动从内存装入指令来执行。

一个典型的指令执行周期(在冯·诺依曼体系结构上执行时)首先从内存中获取指令,并保存到指令寄存器(instruction
register)中,接着,指令被解码,并可能导致内存中获取操作数或将操作数保存到内部寄存器中。在指令完成对操作数的执行后,其结果可以回到内存。注意内存单元只看见内存地址流,它并不知道它们如何产生的(通过指令计数器、索引、间接、常量地址等),或它们是什么地址(指令或数据)。相应地,可忽视程序如何产生内存地址,只对程序运行所生成的地址序列感兴趣。

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①内存太小,不能永久地存储所有需要的程序和数据。

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②内存是易失性存储设备,当掉电时会失去所有内容。

计算机系统提供辅存(secondary
storage)以作为内存的扩充。对辅存的主要要求是它必须要能够永久地存储大量的数据。

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常用的辅存为磁盘(magnetic
disk),它能存储应用程序和数据,绝大多数程序保存在磁盘上,直到要执行时才装入到内存。适当的管理磁盘存储对计算机系统来说十分重要。

上面只是一种存储系统:由寄存器、内存和磁盘组成。除此之外,还有高速缓存,CD-ROM,磁带等。

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I/O结构:在计算机中,存储器只是众多I/O设备的一种,操作系统的大部分代码用来进行I/O管理,这既是因为它对系统可靠性和性能的十分重要,也因为设备变化的特性。

通常,操作系统为每个设备控制器提供一个设备驱动程序。这些设备驱动程序理解设备驱动器,并提供一个设备与其余操作系统的统一接口。

为了开始I/O操作,设备驱动程序在设备控制器中装在适当的寄存器。

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计算机系统体系结构

1.多处理器系统:也被称作并行系统紧耦合系统有以下三个主要优点:

    1)增加了吞吐量

   
2)性价比、资源利用率高:相比多个单处理器系统,因为多处理器系统可以共享外围设备、大容量存储器和电源,因此花费更少。

   
3)增加可靠性:单个处理器出现故障只会减缓系统而不会导致系统终止。根据存活硬件均衡提供服务的能力被称作故障弱化(适度退化)。有些系统具有容错能力,当任何一个单件出错时,系统能够继续运行。

2.多处理器系统主要有两种类型

   
1)非对称多处理器:每个处理器被赋予一定特殊作业,一个主处理器用于控制系统,其它的处理器要么从主处理器获取信息,要么执行预定义的作业。

   
2)对称多处理器:每个处理器均可执行操作系统中的所有作业,处理器之间不存在主从关系。

3.多道程序:通过组织作业(代码或数据)增加了CPU
的利用率,让CPU无论何时均有一个作业在执行。(单任务有IO就会CPU空闲)

4.分时/多工:分时是多道程序在逻辑上的扩展,CPU在多个程序间跳转执行,因为跳转速度很快,对于用户而言就可以与各个同时运行的程序交互。分时需要交互式的计算机系统,用户和系统之间应该可以直接交流,且响应时间应当足够短。

5.一个被装入主存并执行的程序被称作进程。分时和多道程序需要内存中同时保持多个作业,因为内存通常不足以同时容纳这些作业,所以它们在执行前被存放在硬盘的作业池/缓冲池(job
pool)
中,它容纳了所有等待分配内存的进程。

6.如果多个作业因为主存空间不足而无法同时装载,那么系统要在作业间进行 作业调度

7.在分时系统中,操作系统必须保证合理的响应时间,这一点有时通过进程在主存和硬盘之间的 交换完成。一个更普遍的方式是 虚拟内存,它使用户可以运行远大于物理内存的程序。

 

云顶娱乐平台 21单处理器系统

操作系统结构

1.操作系统应提供如下服务

    1)用户接口,包括:

        a)命令行接口(CLI)

        b)批处理接口(batch interface)

        c)图形化用户接口(GUI)–提供了一个桌面

    2)程序执行 :操作系统要能够将程序加载到主存并执行程序

    3)输入/输出操作(I/O):运行中的程序可能需要涉及到文件或 I/O
设备的读写操作

    4)文件系统控制

    5)通信:通信可能通过共享内存消息传递实现

    6)错误检测:操作系统应当能始终检测到可能的错误

    7)资源分配:一些资源需要特殊的分配行为(如
CPU、主存和文件存储),有的还需要请求和释放代码(如 I/O 设备)

    8)统计:操作系统需要对每个用户使用了多少不同的计算机资源做统计

    9)安全防护:保证所有对系统资源的请求都得以控制

13. 操作系统有三种基本类型:

  • Batch systems(批处理系统)

  • Time-sharingsystems(分时系统)

  • Real timesystems(实时系统)

 

分时系统(或多任务):

  • 是多道程序设计的延伸,允许许多用户同时共享计算机。在分时系统中,虽然
    CPU
    还是通过在作业之间的切换来执行多个作业,但是由于切换频率很高,用户可以在程序运行期间与之进行交互。

  •  允许多用户共享计算机。由于每个动作或命令都较短,每个用户只需少量CPU时间,用户之间切换时间短,所以用户会感觉整个系统为自己所用。

  • 分时操作系统采用 CPU
    调度和多道程序设计以提供用户分时计算机的一小部分

 

 

 用户交互输入时,操作系统为了不让 CPU
空闲,会将 CPU 切换到其他用户的程序。 

 

批处理系统(batch system):计算机一次只能运行一个应用程序。批处理相似的工作:自动将控制从一个工作转移到另一个工作。是第一个基本的操作系统。

 

14. 
装入到内存井执行的程序通常称为进程
。 ***


 

 分时和多道程序设计需要在存储器中同时保存有几个作业。通常由于主存较小而不能容纳太多作业,所以这些作业刚开始存储在磁盘的作业池
(job pool)中 

,该池由所有驻留在磁盘中需要等待分配内存的作业组成。如果多个作业需要调入内存但没有足够的内存,
那么系统必须在这些作业中做出选择,这样的决策被称为作业调度
(job scheduling) 。

 

16. 如果有多个任务同时需要执行,那么系统必须做出选择,这样的选择称为 CPU 调度 。

 

17.在分时操作系统中,操作系统必须保证合理的响应时间,这有时需要通过交换来得到。交换时进程被换入内存或由内存换出到磁盘——-实现这一目的更常用的方法是使用虚拟内存。

虚拟内存:允许将一个执行的作业不完全放在内存中。主要的优点是程序可以比物理内存大,将内存抽象成一个庞大且统一的存储数组。

 

分时操作系统也必须提供文件系统。文件系统驻留在一组磁盘上,因此也必须提供磁盘管理。

 


 

操作系统操作

 

 


 

云顶娱乐平台 22 计算机系统如何操作

操作系统组织

1.计算机用于启动的初始化程序被称作引导程序,它被存储在只读存储器(ROM)中,也就是常说的固件。它初始化系统中的所有部分。

2.事件的发生通常通过硬件或软件的中断(interrupt)来触发。

硬件可能在任何时候通过向 CPU
发送一个信号触发中断,该信号通常经由总线传递。

软件可能通过执行名为系统调用的特殊指令来触发中断。

3.计算机程序必须在主/内存(RAM)中执行。主内存是 CPU
直接访问的唯一的大容量存储,它通常由被称作动态随机访问存储器(DRAM)的半导体器件实现。

4.主存是易失存储,当电源关闭或其它问题出现时,其内容会丢失。因此多数计算机系统提供了二级存储作为主存的扩展,二级存储设备通常是磁盘

5.存储设备层次:寄存器-高速缓存(cache)- 主/内存 – 电子磁盘 – 磁盘

  • 光盘 – 磁带

3.操作系统的目标

  • 执行用户程序,更容易地解决用户问题。

  • 使计算机系统让用户使用方便。

  • 有效地使用计算机硬件。

 

4.定义操作系统

  • 一个比较公认的定义是:
    操作系统是一直运行在计算机上的程序(通常称为内核),其他程序则为系统程序和应用程序。

 


 

云顶娱乐平台 23 计算机系统组织结构?

用户接口和系统调用

1.系统调用为系统服务提供了一个接口。通过这个接口,用户可以访问内核空间。多数程序开发者并不接触这一细节等级的代码,他们通常使用应用程序接口(API)来编写程序。API
为应用程序开发者提供了一组函数,使用 API 的背后实际涉及了系统调用。

2.api
就是应用程序接口,是一些预定义的函数。跟内核没有必然的联系。提供应用程序与开发人员基于某软件或硬件的以访问一组例程的能力,而又无需访问源码,或理解内部工作机制的细节。

3.区别:api是函数的定义,规定了这个函数的功能,跟内核无直接关系。而系统调用是通过中断向内核发请求,实现内核提供的某些服务。

4.联系:一个api可能会需要一个或多个系统调用来完成特定功能。通俗点说就是如果这个api需要跟内核打交道就需要系统调用,否则不需要。

   
1)程序员调用的是API(API函数),然后通过与系统调用共同完成函数的功能。因此,API是一个提供给应用程序的接口,一组函数,是与程序员进行直接交互的。

   
2)系统调用则不与程序员进行交互的,它根据API函数,通过一个软中断机制向内核提交请求,以获取内核服务的接口。

   
3)并不是所有的API函数都一一对应一个系统调用,有时,一个API函数会需要几个系统调用来共同完成函数的功能,甚至还有一些API函数不需要调用相应的系统调用(因此它所完成的不是内核提供的服务)

4.系统调用和中断的异同点:

   
1)二者均有索引(系统调用编号-系统调用表、中断向量表),二者的执行均需切换到内核模式

   
2)二者触发条件不同:系统调用是主动请求(会被硬件视为软中断),中断是外部触发

5.中断和陷阱的不同点:

   
1)二者起点不同:陷阱是正在执行的程序主动发起的,中断是外部错误或动作产生

    2)二者处理方式不同:程序的陷阱(异常)在响应后将停止执行,而程序在中断时保存断点,中断处理结束后从断点恢复执行

6.向操作系统传递参数有三种方法:通过寄存器传递、内存的块/表、压入/弹出堆栈。

7.系统调用可被大致分为五类:进程控制、文件管理、设备管理、信息维护和通信。

8.两种通信模型:

   
1)消息传递模型:通信进程通过彼此之间交换消息传递信息,直接/间接通过一个共同的邮箱。通信实体可能是同一主机的不同进程,也可能是通过网络相连的另一主机的进程。进程之间通过主机名进程名作为标识符区分。

   
2)共享内存模型:进程使用系统调用来获得其它进程所拥有内存区域的访问权。要使用共享内存模型,需要两/多个进程都同意取消这一限制。数据的形式和位置由进程协商决定,进程必须保证它们不会同时向同一地方写入。

   
3)区别:消息传递对交换少量数据更有效,对于计算机之间的通信也比共享内存更容易实现;共享内存允许最大速度通信(本地可以内存速度),并且比较方便,但需要保护和同步。

分布式系统:

25.分布式系统:将物理上分开、各种异构的计算机系统通过网络连接在一起,为用户提供系统所维护的各种资源的计算机集合,其优点有:

  • 资源共享
  • 计算机速度提高
  • 可靠性高
  • 通信方便

 

 


 

 

云顶娱乐平台 24集群系统

单处理系统采用单处理器。在单处理器系统中,有一个主CPU能够执行一个通用指令集,包括来自用户进程的指令。

多处理器系统主要的三个优点:

云顶娱乐平台 25增加吞吐量:通过增加处理器的数量,希望能在更短的时间内做更多的事情。

云顶娱乐平台 26规模经济:多处理器系统比单处理系统能节省资金,这是因为它们能共享外设,大容量存储和电源供给。

云顶娱乐平台 27增加可靠性:如果将功能分步在多个处理器上,那么单个处理器失灵将使得整个系统停止,只会导致速度降低而言。

集群系统:由两个或者多个独立的系统耦合起来的。集群的定义目前尚未定形。较为常用的定义是集群计算机共享并通过局域网连接或更快的内部连接。

集群通常用来提供高可用性服务。这意味着即使集群中的一个或者多个系统出错,服务仍然继续。

集群可以是对称的,也可以是非对称的。非对称集群(asymmetric
clustering)中,一台机器出于热备份模式(hot standby
mode),而另一台运行应用程序。热备份主机只监视活动服务器。如果该服务器失效,那么备份服务器会成为现行服务器。对于对称集群,两个或多个主机都运行应用程序,它们互相监视。

集群系统的详细介绍:

http://blog.csdn.net/wangxx2011/article/details/7425219

操作系统运行模式

1.为了保证操作系统程序正确执行,我们需要区分系统程序段和用户程序段。因此设置了两个独立的操作模式用户模式内核模式。计算机硬件中需要加入一个模式位用于说明当前的模式为内核(0)还是用户(1)。

   
1)在系统启动时,硬件系统处于内核模式。之后操作系统被加载并且在用户模式中执行用户应用。

   
2)硬件只允许特权指令在内核模式中运行。一旦系统调用被执行,它将被硬件视为一个软中断,中断向量将被传递给系统内部的一个服务程序,并且模式位切换至内核模式。

 双重模式操作

18. 事件总是由中断或陷阱引起的。陷阱(或异常)是一种软件中断。

 

19.  
为了区分操作系统代码和用户定义代码的执行,至少需要两种独立的操作模式:用户模式、监督程序模式
或者(系统模式、特权模式)。

 

20. 双重模式操作提供了保护操作系统和用户程序不受错误用户程序影响的手段。其实现方法为:将能引起损害的机器指令作为特权指令 (privileged instruction)
。如果在用户模式下试图执行特权指令,那么硬件并不执行该指令,而是认为该指令非法,并将其以陷阱的形式通知操作系统。 

 

进程管理:

 

  1. 注意:程序本身并不是进程,程序是被动的实体,而进程是一个活动的实体。

 

22.单线程进程具有一个程序计数器来明确下一个执行的指令。这样一个进程的执行必须是连续的。 CPU
一个接着一个地执行进程的指令,直至进程终止。 

多线程进程具有多个程序计数器,每一个指向下一个给定线程要执行的指令。

 

 

内存管理:

 23. 如果一个程序要执行,那么它必须先变换成绝对地址井装入内存。随着程序的执行,进程可以通过产生绝对地址来访问内存中的程序指令和数据
。最后,程序终止,其内存空间得以释放,并且下一程序可以装入并得以执行。

 

24.  操作系统负责下列有关内存管理的活动:

  • 记录内存的哪部分正在被使用及被谁使用

  • 当有内存空间时,决定哪些进程可以装入内存。

  • 根据需要分配和释放内存空间。

 

操作系统的功能:

 

进程管理

 

存储器管理

 

设备管理

 

文件管理

 

 

 

存储管理包括:

 

内存扩充

 

地址映射

 

内存分配

 

内存保护

 

 


 

 

云顶娱乐平台 28多处理器系统

云顶娱乐平台 29 操作系统做什么?

从不同的视角进行分析:

云顶娱乐平台 30 系统视角

云顶娱乐平台 31最终定义操作系统

定义1:操作系统是为了实现管理,同时带来了必不可少的各种类型的浪费

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分析:管理硬件资源,同样带来的浪费有:内存消耗,硬件消耗等。

定义2:操作系统是管理计算机硬件的程序,它还为应用程序提供基础,并且充当计算机硬件和计算机用户的中介

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分析:计算机硬件包括CPU(逻辑计算中心)、I/O设备(显示器,鼠标,键盘,打印机等)、物理存储设备。

硬件:如中央处理单元(Centeal Processing
Unit,CPU)、内存(memory)、输入输出设备(Input/Output devices,
I/Odevices),为系统提供基本的计算资源。

应用程序:电子制表软件、编译器、浏览器、音乐播放器等国定了用户按何种方式使用这些资源。

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操作系统提供了正确使用这些资源的方法。操作系统类似于政府,操作系统本身并不实现任何有用的功能。它只不过是提供了一个方便其他程序做有用工作的环境。

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用户视角:对于这种情况,操作系统的设计目的是为了用户使用方便,性能是其次的,而且不在乎资源使用率。性能和资源使用率相比,性能对用户来说更为重要,这种系统主要为了优化单用户的情况。

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系统视角:将操作系统看做资源分配器。计算机系统可能有许多资源,用来解决CPU时间、内存空间、文件存储空间、I/O设备等问题。操作系统管理这些资源。面对许多甚至冲突的资源请求,操作系统必须决定如何为各个程序和用户分配资源,以便计算机系统能有效而公平地运行。强调控制各种I/O设备和用户程序的需求。操作系统管理用户程序的执行以防止计算机资源的错误使用或者使用不当。