1.1操作系统的地位
%A 计算机系统由硬件和软件组成
%A 操作系统在硬件基础上的第一层软件
%A 是其它软件和硬件的接口
%A     1.1.1软件的分类:
%A 系统软件:
%A 1.2 操作系统的定义
%A 操作系统是计算机系统中的一个系统软件，
%A 是一些程序模块的集合――
%A     它们能以尽量有效合理方式组织和管理计算机的软硬件资源，合理的组织计算机的工作流程，控制程序的执行并向用户提供各种服务功能，使得用户能够灵活，方便，有效的使用计算机，使整个计算机系统能高效的运行。
%A 有效：系统效率（如CPU用的充足与否）
%A       资源利用率（如内存，外部设备是否忙碌）
%A 合理：公平与否，如果不公平则回产生“死锁”或“饥饿”。
%A 方便：用户界面
%A 1.3 操作系统特征
%A 并发：在计算机系统中同时存在多个程序，
%A 从宏观上看这些程序是同时在执行的。
%A       从微观上讲任何时刻只有一个程序在执行，
%A       微观上说这些程序在CPU上轮流执行。
%A 并行： (与并发相同，但多指硬件支持）
%A 共享：操作系统与多个用户的程序共同使用计算机上的资源。
%A 1.4 操作系统的发展
%A 操作系统发展是随着计算机硬件技术的发展而发展的
%A What does this mean?
%A Techniques have to vary over time,
%A Adapt to changing tradeoffs.
%A      早期操作系统
%A 早期的计算机是没有操作系统的，其工作效率非常低。
%A 而且每一用户都要自行编写涉及到硬件的源代码。
%A 这项工作量大，难度高，易出错需要大量人力和物力。
%A 1.4.3    操作系统的分类
%A 批处理操作系统（多道批处理）
%A 1.4.3.1 批处理操作系统
%A 工作方式用户将作业交给系统操作员，
%A 系统操作员将许多用户的作业组成一批作业，
%A 之后输入到计算机中，
%A 启动操作系统，
%A 执行每个作业，
%A 最后由操作员将作业结果交给用户
%A 批处理操作系统
%A 特点：
%A 多道：（注：多道指某个作业占用CPU，用到某种程度由于某种原因暂时不用CPU
%A 则操作员将把第二个作业放入CPU 。）
%A 成批处理：用户自己不能干预自己作业的运行，一旦发现作业错误不能及时改正，
%A 并延长开发软件时间，所以适用于成批的程序。
%A 批处理操作系统特点
%A •        Spooling系统特点
%A 作业进入到磁盘上的输入井
%A 按某种调度策略选择几种搭配得当的作业，并调入内存
%A 作业运行的结果输出到磁盘上的输出井
%A 再由磁盘上的输出井将结果送到打印机
%A 1.4.3.2 分时操作系统
%A •        工作方式:
%A 一台主机连接了若干个终端,每个终端有一个用户在使用并且是交互式的向系统提出命令请求,
%A 系统接受每个用户的命令,采用时间片轮转方式处理服务请求,通过交互方式在终端上向用户显示结果,
%A 用户根据上部结果发出下道命令.
%A •        时间片：
%A 操作系统将CPU的时间划分成若干个片段,称为时间片.
%A 操作系统以时间片为单位,轮流对每个终端用户服务,每次服务一个时间片.
%A (其特点是利用人的错觉,使人感觉不到.)
%A 分时操作系统
%A 特点      多路性     交互性      “独占”性     及时性
%A 多路性：   同时有多个用户使用一台计算机.
%A 宏观上看是多个人同时使用一个CPU;微观上是多个人在不同时刻轮流使用CPU
%A 交互性：         用户根据系统响应结果进一步提出新请求(用户直接干预每一步)
%A “独占”性：用户感觉不到计算机为其他人服务
%A 及时性:    系统对用户提出的请求及时响应。
%A 分时操作系统追求目标：及时响应
%A (根据指标是响应时间)
%A 响应时间：
%A 从终端发出命令到系统给予回答所经历的时间
%A 1.4.3.3 实时操作系统
%A 分类：
%A 第一类：多用于实时控制上
%A 第二类：用于实时信息
%A 实时操作系统
%A 主要追求目标：
%A •        对外部请求在严格时间范围内作出反应
%A •        有高可靠性
%A 1.4.3.4 个人计算机操作系统
%A (单用户多任务)
%A 计算机在某一时间内为单用户服务,其追求目标是界面友好,使用方便.
%A 1.4.3.5 网络操作系统
%A 它是基于计算机网络的,是在各种计算机操作系统上,按网络体系结构协议标准开发的软件,
%A 包括网络管理,通讯,安全,资源共享和各种网络应用。其目标是相互通讯及资源共享。
%A 1.4.3.6 分布式操作系统
%A 它基于两种环境:多机(CPU)系统或网络,是网络操作系统的更高级的形式,
%A 它保持了网络操作系统的全部功能
%A 分布式操作系统:
%A 特征:
%A 1.是一个统一的操作系统
%A 2.资源进一步共享
%A 3.透明性:  资源共享,分布.用户并不知道,对用户来讲是透明的.
%A 4.自治性:  处于分布式系统的多个主机处于平等地位
%A 网络和分布式的区别:
%A (1) 分布具有各个计算机间相互通讯,无主从关系;网络有主从关系
%A (2) 分布式系统资源为所有用户共享;而网络有限制地共享
%A (3) 分布式系统中若干个计算机可相互协作共同完成一项任务
%A 1.5 研究操作系统的几种观点
%A 1.5.1 作为软件来看的观点
%A 软件的特性
%A 外在特性：软件是种语言,是界面
%A                 界面:使用方式 （命令,系统调用等)
%A 内在特性：
%A                 软件的结构
%A                 a.由有几部分组成  
%A                 b.每个部分的功能  
%A                 c.部分之间的关系
%A 1.5.2 资源管理的观点
%A 操作系统---资源管理者
%A 硬件资源：
%A CPU,内存,
%A 外部设备(I/O设备，外存，时钟等)
%A 软件资源：
%A 硬盘上的文件,信息.
%A 管理资源
%A •        记录资源状况
%A   如 哪些资源空闲,好坏与否,被谁使用,使用多长时间等
%A •        合理的分配资源：
%A 静态分配策略
%A (在程序运行前分配,但效率不高)
%A 动态分配策略
%A (在程序运行过程中何时用资源,何时分配.其缺点时会出现死锁)
%A •        具体执行分配
%A •        回收资源
%A 资源管理的目的 :    实现资源共享  提高资源利用率
%A 1.5.3 进程的观点
%A 是从操作系统运行时动态的观察操作系统,
%A 从这个观点来看：  操作系统是由某个可同时独立运行的进程和一个对这些进程进行协调的核心组成.
%A 进程：某一特定功能的程序
%A 它是程序的一次执行过程  它是有生命的,当它执行时存在,否则消失.
%A 1.5.4 虚机器观点
%A 从操作系统内部结构来看：
%A 把操作系统分成若干层,每个层完成其特定功从而构成一个虚机器.并对上一层提供支持
%A 通过逐层功能扩充,最终完成整个操作系统虚机器
%A 而操作系统虚机器向用户提供完全功能,完成用户请求
%A 1.5.5 提供服务
%A 在操作系统外从用户角度来看：
%A 操作系统为用户提供一组功能强大的、方便易用的命令或系统调用
%A 1.6 操作系统功能
%A CPU(进程)管理
%A 操作系统的硬件环境        
%A 操作系统在硬件之上,软件之下,直接与硬件打交道.
%A CPU
%A 中断
%A 系统堆栈:
%A 通道
%A 地址映射机制
%A 存储保护设施
%A CPU
%A •        CPU状态：
%A •        CPU状态的转换
%A CPU指令系统
%A 两类指令.
%A .特权指令：允许操作系统使用,不允许一般用户使用
%A (如修改程序状态字;设置中断屏蔽：启动I/O设备;清内存;设置时钟等)
%A .非特权指令：用户均可用的
%A CPU状态：
%A 在PSW中专门设置一位,它是根据运行程序使用指令权限而设置.
%A 管态(特态)：能执行指令全集(包括特权，非特权指令),具有改变CPU状态的能力,操作系统在管态下运行.
%A 目态(普态)：只能执行非特权指令,用户程序在目态下运行.(如果在目态下用户执行了特态指令,则产生中断,由操作系统得到控制权,而特权指令被停止.)
%A （这两种状态时可转换的）
%A CPU状态的转换
%A 目态--管态  
%A 其转换的唯一途径是通过中断.
%A 管态--目态  
%A 可用设置PSW(修改程序状态字)可实现.
%A 中断
%A •        特点:
%A •        中断系统的概念
%A •        中断源
%A •        中断类型
%A •        中断响应
%A •        中断处理
%A •        中断优先级
%A •        中断屏蔽
%A •        中断嵌套
%A 中断概述：
%A 中断是现代计算机系统中基本设施之一,它起着通讯联络作用,协调系统对各种外部事件的响应和处理.中断是实现多道程序的必要条件.
%A
%A 引入中断的目的
%A 解决主机与外设的并行工作问题
%A 提高可靠性
%A 实现多机联系
%A 实现实时控制
%A
%A 特点:
%A 1)中断随机的
%A 2)中断是可恢复的
%A 3)中断是自动处理的
%A 中断系统的概念
%A 中断由软硬件协同处理
%A
%A 中断装置：指发现中断,响应中断的硬件
%A                 
%A 中断处理程序：是由软件来完成的
%A
%A 中断系统=中断装置+中断处理程序
%A
%A •        中断源：引起中断发生的事件
%A •        中断寄存器：记录中断
%A •        中断字：中断寄存器的内容
%A
%A 系统堆栈:
%A 在内存开辟的一块区域，用于临时保存现场
%A 中断类型
%A 强迫性中断
%A 输入/输出(I/O)中断：主要来自外部设备通道
%A 程序性中断：运行程序中本身的中断
%A (如溢出,缺页中断,缺段中断,地址越界)
%A 时钟中断：
%A 控制台中断：
%A 硬件故障：
%A 自愿性中断
%A 中断类型
%A 强迫性中断
%A   正在运行的程序所不期望的，由于某种硬件故障或外部请求引起的。
%A
%A 自愿性中断
%A   用户在程序中有意识安排的中断,是由于用户在编制程序时因为要求操作系统提供服务，有意使用“访管”指令或系统调用,使中断发生。
%A 中断响应:
%A         发现中断、接收中断的过程
%A         （硬件完成）
%A * 发现中断源(识别中断原因)
%A * 保存现场,将中断向量推入系统堆栈
%A * 引出中断处理程序
%A 中断响应具体做法:
%A   CPU在执行每条指令后扫描中断寄存器，查看有无中断请求。如果没有，则运行下一条指令；如果有中断请求，则通过交换中断向量引出（进入）中断处理程序.
%A
%A 中断处理
%A * 保存现场(保存未被硬件保存的现场)
%A * 识别中断具体原因
%A * 根据中断原因处理中断事件
%A * 中断返回
%A
%A
%A
%A
%A
%A
%A
%A
%A
%A
%A
%A
%A 中断优先级
%A   中断优先级是由硬件规定的,系统根据引起中断事件的重要性与紧迫程度将中断源划分为若干个级别.
%A
%A   当有多个中断同时发生时,系统根据中断优先级决定响应中断次序,优先响应级别高的中断；对同级中断按硬件规定次序.
%A
%A 中断屏蔽
%A   中断发生时,CPU输出不予响应的状态,常用于必须连续运行的程序,防止任务被中断干扰.或执行处理某一类中断,防止其它中断干扰.
%A   在PSW中设置一个中断屏蔽位,通过设置中断屏蔽指令完成开中断与管中断来进行中断屏蔽
%A
%A 中断嵌套
%A   在处理中断时又响应新的中断.
%A 时钟
%A 硬件时钟
%A 软件时钟
%A 硬件时钟：
%A 某个寄存器来模拟.
%A (根据脉冲频率定时加1)
%A 绝对时钟：
%A 绝对时间,一般不会中断.
%A 相对时钟：
%A 如闹钟,每隔固定时间发一次中断.
%A
%A 软件时钟：
%A 做相对时钟,
%A (用内存单元来模拟时钟)
%A 引入通道的目的
%A 为了使CPU从I/O事务中解脱出来,
%A 同时为了提高CPU与设备、设备与设备之间的并行度。
%A 通道定义：
%A   独立于CPU的专门负责数据输入/输出传输工作的处理机,对外部设备实现统一管理,代替CPU对输入/输出操作进行控制,从而使输入/输出操作可和CPU并行操作。
%A 地址映射机制
%A 同时有多个程序在内存，
%A 程序在内存的位置不是固定的而是随机的.
%A 存储保护设施
%A
%A 问题的提出：
%A •        多个程序同时在同一台机器上运行，怎样才能互不侵犯？
%A 保护的目的：
%A •        防止用户程序破坏OS
%A •        防止用户程序互相干扰
%A 保护的硬件支持：
%A 为了保证软件程序只影响程序的内部，硬件提供两项功能
%A •        地址转换
%A •        两种状态运行
%A
%A
%A 地址转换：
%A 地址空间：
%A •        一个程序可以访问的所有地址
%A
%A 限制程序做什么可以通过限制它的访问达到
%A 看内存的两种角度：
%A •        从CPU的角度：程序所能看到的是虚存
%A •        从存储角度：物理内存
%A 两种状态运行
%A •        操作系统中：可以做任何事（核心态）
%A •        用户程序中：限制只能访问属于它自己的空间（用户态）
%A
%A 划分每一地址空间，使其行为不能造成破坏
%A