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1、計算機操作系統(tǒng)第一章操作系統(tǒng)概述用戶觀點下的操作系統(tǒng)第1章操作系統(tǒng)概述1.1操作系統(tǒng)的概念1.1.1什么是操作系統(tǒng)1．用戶觀點從用戶的觀點看，操作系統(tǒng)應該提供一個人與計算機打交道的接口，也就是人機接口。用戶可以通過操作系統(tǒng)提供的這個接口使用和控制計算機，從而達到計算機為用戶服務的目的。接口的方式有：圖形界面的接口（GraphicalUserInterface，GUI）；命令行（CommandLine，CL）接口；軟件編程的接口系統(tǒng)觀點下的操作系統(tǒng)2．系統(tǒng)觀點操作系統(tǒng)就是資源的分配者。操作系統(tǒng)要對I/O設備和用戶程序加以控制，保證設備的正常運行，防止非法操作，及時診斷設備
2、的故障等。從這個意義上講，操作系統(tǒng)又是工作流程的調度者。操作系統(tǒng)計算機硬件組成1.1.2計算機系統(tǒng)概述CPU實現CPU兩種模式除了用在嵌入式系統(tǒng)中的非常簡單的CPU之外，多數CPU都有兩種模式，即核心態(tài)（管態(tài)）和用戶態(tài)（目態(tài)），在PSW中有一個二進制控制位控制這兩種模式。當CPU執(zhí)行操作系統(tǒng)的代碼時，CPU處于核心態(tài)，CPU可以執(zhí)行指令集中的每一條指令，并且使用硬件的每一種功能，訪問整個硬件。相反，當CPU執(zhí)行用戶程序的代碼時，CPU處于用戶態(tài)，僅允許執(zhí)行整個指令集的一個子集和訪問所有功能的一個子集。一般而言，在用戶態(tài)中有關I/0和內存保護的所有指令是禁止的。當然，將P
3、SW中的模式位設置成核心態(tài)也是禁止的。存貯器層次結構磁盤驅動器基址和界限寄存器存貯器相關概念由程序所生成的地址被稱為虛擬地址（VirtualAddress），而由存儲器使用的地址稱為物理地址（PhysicalAddress）。完成檢查和映射工作的裝置被稱為內存管理單元（MemoryManagementUnit，MMU）。它位于CPU芯片上或者CPU附近，在邏輯上MMU位于CPU和存儲器之間。中斷總線操作系統(tǒng)的主要功能1.1.3操作系統(tǒng)主要功能進程管理1.進程管理一個任務從輸入、處理、再到輸出的完整過程稱為作業(yè)（Job）；進程是分配資源和在處理機上運行的基本單位。因而，進
4、程管理的功能包括：作業(yè)和進程調度、進程控制、進程通信、進程同步。（1）作業(yè)和進程調度一個作業(yè)通常經過兩級調度才得以在CPU上執(zhí)行。首先是作業(yè)調度，它把選中的一批作業(yè)放入內存，并分配其他必要的資源，為這些作業(yè)建立相應的進程。然后進程調度按一定的算法從就緒進程中選出一個合適的進程，使之在CPU上運行。進程管理（2）進程控制進程是系統(tǒng)中活動的實體。進程控制包括進程的創(chuàng)建、進程的撤銷、進程的阻塞、進程的喚醒等。（3）進程通信相互合作的進程之間往往需要交換信息，為此，操作系統(tǒng)要提供通信的機制。（4）進程同步內存管理2.內存管理（1）內存分配內存分配的主要任務是為每道程序分配一定的
5、內存空間。為此，操作系統(tǒng)必須記錄整個內存的使用情況，處理用戶提出的申請，按照某種策略實施分配，接收系統(tǒng)或用戶釋放的內存空間。（2）地址映射在多道程序環(huán)境下，用戶程序中所涉及的相對地址與裝入內存后實際占用的物理地址就不一樣。CPU執(zhí)行用戶程序的時候，要從內存中取出指令或數據，為此就必須把所有的相對地址（或稱為邏輯地址）轉換成內存的實際物理地址。這就是操作系統(tǒng)的地址映射功能（需要有硬件的支持）。內存管理（3）內存保護不同用戶的程序都放在同一內存中，就必須保證它們在各自的內存空間中活動，不能相互干擾，更不能侵占操作系統(tǒng)的空間。另外，還要允許不同用戶程序共享一些系統(tǒng)的或用戶的程
6、序。（4）內存擴充把一個程序當前正在使用的部分（不是全體）放在內存，而其余部分放在磁盤上。在這種“程序部分裝入內存”的情況下，就啟動并執(zhí)行它。以后根據程序執(zhí)行時的要求和內存當時的使用情況，隨機地將所需部分調入內存；必要時還要把已經分配出去的內存回收給系統(tǒng)，供其他程序使用（即內存置換）。設備管理3.設備管理設備管理的主要功能包括：緩沖區(qū)管理、設備分配、設備驅動和設備無關性。（1）緩沖區(qū)管理緩沖區(qū)管理的目的是解決CPU和外設速度不匹配的矛盾，使它們充分并行工作，提高各自的利用率。（2）設備分配根據用戶的I/0請求和相應的分配策略，為該用戶分配外部設備、通道和控制器等。設備管
7、理（3）設備驅動實現CPU與通道及外設之間的通信。由CPU向通道發(fā)出I/0指令，后者驅動相應設備進行I/0操作。當I/0任務完成后，通道向CPU發(fā)出中斷信號，由相應的中斷處理程序進行處理。（4）設備無關性設備無關性又稱為設備獨立性，即用戶編寫的程序與實際使用的物理設備無關，由操作系統(tǒng)把用戶程序中使用的邏輯設備映射到物理設備上。文件管理4.文件管理文件管理功能包括：文件存儲空間的管理、文件操作的一般管理、目錄管理、文件的讀寫管理和存取控制。（1）文件存儲空間的管理系統(tǒng)文件和用戶文件都要存放在磁盤上。為此，需要由文件系統(tǒng)對所有文件以及文件的存
