操作系统复习摘要

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1、第一章操作系统概述多数计算机有两种运行模式：内核态和用户态。软件屮最基础的部分是操作系统，它运行在内核态（管态、核心态），这种模式下操作系统具有对所有硬件的完全访问权，可以执行机器能够运行的任何指令；其余部分则运行在用户态（目态），只能使用机器指令的一个子集。操作系统运行在裸机Z上，为其他所有软件提供基础的运行环境。什么是操作系统是用户和计算机之间的接口，计算机硬件和软件的接口配置在计算机硬件上的第一层软件是计算机系统资源（硬件资源、软件资源）的管理者是计算机用户（用户、应用程序）的服务者作为扩展机器的操作系统提供资源集的清晰抽象（创建好的抽象，并实现和管理它所创建的抽象对象T4

2、）抽象是管理复杂性的一个关键，好的抽象可以把一个几乎不可能管理的任务划分为两个可管理的部分，第一部分是有关抽象的定义和实现，第二部分是随时用这些抽象解决问题。作为资源管理者的操作系统管理资源操作系统对资源的管理：有效和公平：监视资源、实施资源分配策略、分配资源、回收资源操作系统的发展史（1945-55）VacuumTubes真空管和穿孔卡片（1955-65）TransistorsandBatchSystems晶体管和批处理系统（1965-1980）ICsandMultiprogramming集成电路芯片和多道程序设计（1980-Present）PersonalComputers个

3、人计算机，大规模集成电路与现代操作系统计算机硬件系统概述处理器即CPU,从内存中取出指令并执行。取指令，解码并执行指令。CPU内部有用來保存关键变量和临时数据的寄存器。通用寄存器：保存关键变量和临时数据。专门寄存器：面向程序员，包括程序计数器，保存了下一条指令的内存地址；堆栈指针，指向内存屮当前栈的顶端；程序状态字，包含CPU优先级、模式（用户态or核心态）等同时取出多条指令的机制：流水线：同时取出多条指令，一个CPU有分开的取指单元、解码单元和执行单元,执行指令N时，可以对指令N+1进行解码，并且读取N+2指令超标量：有多个执行单元，一旦有执行单元空闲，就从缓冲区中读取待执行的

4、指令CPU的两种模式：内核态，用户态。通过程序状态字控制多线程或超线程：线程是一•种轻量级进程。多线稈也不是真正的并行处理，在一个时刻只有一个进程在运行，但是线程的切换时间减少到纳秒级，允许CPU保持不同的线程状态，然后在纳秒级的时间内进行切换MMU：存储器管理单元，快速的将程序生成的地址转换为主存屮的真实物理地址,即实现虚拟内存机制存储器存储器采用分层次结构，层次越高速度越快容量越小。最顶层是寄存器（CPU中）。下一层是高速缓存，它被分割成高速缓存行，若程序所需高速缓存行在缓存中成为高速缓存命中，若未命中则需要去内存中寻找数据。缓存的使用会带來性能上的改善。分为L1：用于将己解

5、码的指令调入CPU的执行引擎，存储频繁使用的数据字，无延时；L2:用于存放近来所使用过的若干兆字节的内存字，延时1-2个时钟周期。在任何缓存系统中需要考虑的问题：何吋把新的内容放入缓存、把新内容放在缓存的哪里、在需要时应该把哪个内容从缓存中移走、把新移走的内容放在某个较大存储器的何处。再下一层是内存（主存）。磁盘：磁盘是机械装置，相对慢，传统的磁盘存储容量=磁头数X磁道（柱面）数X每道扇区数X每扇区字节数磁带：存储成本便宜，离线存储，可移动I/O设备包括设备控制器和设备本身。设备控制器：是插在电路板上的一块或一组芯片，有少量用于通信的寄存器,它复杂但具体的物理控制设备，为操作系统

6、提供接口，接收操作系统的命令。用于通信的寄存器（I/O地址空间）设备本身：有一个相对简单的标准化接口每类设备控制器都不同，因此需要设备驱动程序C它专门与控制器对话，发岀命令并接受响应。从操作系统获得命令，写寄存器，激活控制器驱动程序如何装入到操作系统中：内核与驱动程序重新链接，重新启动系统:Unix；系统启动时，操作系统通过文件寻找驱动程序并装载：Windows.inf；动态可装载设备驱动程序：热插拔设备三种I/O方式：程序控制I/O:用户程序发出一个I/O请求，操作系统通过系统调用将其翻译成对应设备驱动程序的过程调用，设备驱动程序通过设备控制器启动I/O设备CPU连续不断的询问

7、该设备是否工作完，直到任务完成，将控制权返回给用户程序。忙等待方式，1/0任务阶段一直占用CPU中断驱动I/O设备驱动程序通过写设备寄存器，通知设备控制器启动设备，完成I/O操作，设备完成工作后，设备控制器发送中断信号给中断控制器CPU检查是否存在屮断请求，若决定响应屮断，则可能挂起正在执行的程序，转而去执行中断处理程序。中断：CPU通知磁盘控制器开始进程1,进程完成后磁盘控制器发信号给屮断控制器2,屮断控制器对此在CPU进行声明3并把设备编号放到总线4。中断处理程序：响应中断1