计算机系统概述

操作系统基本概念

操作系统作为用户和计算机硬件系统之间的接口

命令接口

• 联机命令接口又称交互式命令接口
• 脱机命令接口又称批处理命令接口

程序接口（系统调用）system call

系统调用是操作系统提供给编程人员使用的接口，是操作系统为用户程序使用内核服务使用的接口

操作系统分类

批处理操作系统 batch OS

提高了计算机的利用率，但人机交互差

分时操作系统 time-sharing OS

较好解决人机交互（interactive）问题，解决交互式作业，多用户操作系统，快速响应用户

实时操作系统 real-time OS

在规定时间内完成对外部事件的响应和处理

操作系统运行模式

用户态 user mode 1和内核态 kernel mode 0

中断和异常

中断服务程序属于操作系统内核。程序计数器PC和程序状态字PSW，程序断点由硬件保存，中断服务程序保存中断屏蔽字，通用寄存器的值，中断向量表由操作系统初始化

操作系统引导

计算机加电后，CPU自动执行预定地址的指令，这些指令通常存放在只读存储器ROM中，这些指令称为引导程序（Bootstrap program），引导程序的任务是将操作系统从外存调入内存并开始执行

初始引导程序在ROM中

操作系统结构

操作系统服务

用户界面

• 命令行界面CLI
• 图形化界面GUI

程序执行

系统必须将程序装入内存并运行

I/O操作

文件系统操作

通信

主要有两种方式

• 共享内存 shared-memory
• 消息传递 message-passing

错误检测 error detection

资源分配

统计

保护和安全

操作系统的用户界面

命令解释程序 shell

获取并执行用户的下一条指令

图形用户界面 GUI

系统调用 system call

系统调用是操作系统提供给编程人员使用的接口，是操作系统为用户程序使用内核服务使用的接口

向操作系统传递参数的三种方法：

• 利用寄存器直接传参
• 利用寄存器传递参数所在内存块的首地址
• 将参数存入堆栈中，并用操作系统弹出堆栈

系统调用类型

进程控制

文件管理

设备管理

信息维护

通信

操作系统结构

分层

微内核microkernel

微内核的主要功能是使客户程序和运行在用户空间的服务进行通信，通信必须以消息传递形式传送

微内核好处

• 就是便于扩展操作系统的功能，所有新服务在用户空间添加，不需要修改内核
• 用户空间比在内核空间更安全，更易操作
• 一个简单的内核设计和功能一般导致一个更可靠的操作系统用户程序和系统服务通过使用进程间的通信机制在微内核中相互作用

缺点：性能低，设计复杂

微内核中用户程序与系统交互方式：进程间通信 inter-progress communication