操作系统简介

1 操作系统的概念

  操作系统（Operating System，OS）是指控制和管理整个计算机系统的硬件和软件资源，并合理地组织调度计算机的工作和资源的分配，以提供给用户和其他软件方便的接口和环境，它是计算机系统中最基本的系统软件。

  从操作系统的概念上可以看出：

(1) 操作系统是系统资源的管理者（资源包括软件、硬件、文件等）
(2) 作为用户和计算机硬件之间的接口。
(3) 操作系统是一种系统软件。

2 操作系统的特征

  并发、共享、虚拟、异步。

  2.1并发

  并发和共享是最基本的特征，两者互为存在条件。
  并发：指两个或多个事件在同一个时间间隔内发生。这些事件宏观上是同时发生的，但是微观上是交替发生的。如一个单核CPU同一时刻只能执行一个程序，因此操作系统会负责协调多个程序交替执行（这些程序微观上是交替执行的，但是宏观上看起来是同时执行的）
  并行：指两个或多个事件在同一时刻同时发生。如单核CPU同一时刻只能处理一条指令，双核CPU在某一个时刻可以同时处理两条指令。

  2.2 共享

  共享即资源共享，是指系统中的资源可供内存中多个并发执行的进程共同使用。
  共享分为：互斥共享方式和同时共享方式。
  互斥共享方式：系统中的某些资源，虽然可以提供给多个进程使用，但是一段时间内只允许一个进程访问。如使用QQ和微信视频，同一个时间段内摄像头只能分配给一个进程。
  同时共享方式：系统中的某些资源，允许一个时间段内由多个进程同时对它们访问。如可以同时可以一边播放音乐一边看视频，音频设备被两个进程同时共享。
  并发和共享的关系：如果失去了并发性，则系统中只有一个程序运行，则共享性就失去了存在的意义。如果失去了共享性，则多个进程无法同时访问共享资源，也就没法实现并发。所以并发和共享两者互为存在条件。

3 操作系统的发展和分类

4 操作系统的运行运行机制和体系结构

  4.1 两种指令

  指令：处理器（CPU）可以识别、执行的最基本的命令。
  特权指令：如内存清零指令，这类指令权限高，不允许用户程序使用。
  非特性指令：如普通的运算指令，权限低，对其他用户没有影响。

  4.2 两种处理器状态

  两种处理器状态：用户态和核心态
  用户态：此时CPU只能执行非特权指令。
  核心态：特权指令和非特权指令都可以执行。

可以用程序状态字寄存器（PSW）中的某个标志位来标识当前处理器处于什么状态。如0标识用户态，1为核心态。

  4.3 两种程序

  内核程序：是系统的管理者，即可以执行特权指令又可以执行非特权指令，运行在核心态。
  应用程序：为了保证系统的安全运行，普通应用程序只能执行非特权指令，运行在用户态。

  4.4 操作系统内核

  内核是计算机上配置的底层软件，是操作系统最基本、最核心的部分。实现操作系统内核功能的那些程序就是内核程序。

(1) 时钟管理用于实现计时功能，分时操作系统中，各个进程的使用的CPU时间计时是使用时钟管理实现。
(2) 中断处理：用于实现中断机制。
(3) 原语：是一种具有原子性的特殊程序。

5 小结

  (1) 操作系统是整个计算机系统的硬件和软件资源的管理者，是一种软件系统。
  (2) 操作系统的特征：并发、共享、虚拟、异步。并发和共享是最基本的特征，两者互为存在条件。
  (3) 并发是指两个或多个事件在同一个时间间隔内发生。并行是指两个或多个事件在同一时刻同时发生。
  (4) 操作系统的两种指令，两种处理器状态和两种程序之间的联系：特权指令只能在核心态下执行，内核程序运行在核心态，可以执行特权指令也可以执行非特权指令。应用程序运行在用户态，只能执行非特权命令。

  (5) 操作系统的内核是操作系统最基本、最核心的部分，实现操作系统的内核功能的程序就是内核程序。
  内核包括了时钟管理、中断机制、原语和对系统资源进程管理的功能。
  原语是运行具有原子性的特殊程序，中断和进程的切换等都需要原语。
本文完

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