操作系統1

計算機沒有操作系統也能運行程序，比如bios。只不過將這樣的程序安裝到計算機中需要一些特別的操作。

操作系統的基本功能

• 提供操作界面
• 控制程序運行
• 管理系統資源
• 配置系統參數
• 監控系統狀態
• 工具軟件集合

應用程序要運行，需要操作系統提供哪些支持？

• 可執行程序文件的存放
• 可執行程序的啓動
• 爲應用程序分配內存
• 打印字符串等需要的設備支持
• while死循環不會獨佔cpu
• 程序結束如何退出系統

操作系統的功能之進程管理

進程管理（CPU管理）是操作系統最核心的功能。讓多個“進程”在併發運行。
進程管理（CPU管理）

• 進程控制：創建、暫停、喚醒、撤銷；
• 進程調度：調度策略、優先級；
• 進程通信：進程間通信。

操作系統的功能之內存管理

• 內存分配
• 內存共享
• 內存保護
• 虛擬內存

會不會因爲計算機的內存太小導致程序無法運行？不會。


實際內存只有1G，但是卻申請到了1.85G。
運行5個這樣的程序計算機還是不會崩潰，而且每個程序依然能申請到1.85G內存！
這是因爲操作系統使用了特殊的方式，讓一個對內存需求很大的程序在較小的內存中依然能夠運行。這體現了操作系統對內存的有效管理。

操作系統的功能之設備管理

• 設備的分配和調度
• 設備無關性
• 設備傳輸控制
• 設備驅動

操作系統的功能之文件管理

• 存儲空間的管理
• 文件的操作
• 目錄的操作
• 文件和目錄的存取權限管理

操作系統的定義

操作系統是一個大型系統程序

• 提供用戶接口，方便用戶控制計算機
• 負責爲應用程序分配和調度軟硬件資源，並控制與協調應用程序併發活動，幫助用戶存取和保護信息。

分時技術與分時操作系統

通道技術讓外設和內存之間直接交互。

分時技術的概念
主機以很短的時間片爲單位，把cpu輪流分配給每個終端使用，直到全部作業被運行完。




買計算機的時候就已經帶有bios，bios分隔了操作系統和硬件的直接聯繫，使得操作系統實現硬件無關性。

操作系統的邏輯結構

操作系統的邏輯結構指操作系統的設計和實現思路。
操作系統邏輯結構的種類：

• 整體式結構
• 層次式結構
• 微內核結構（客戶/服務端結構：Client/Sever）

整體式結構

特點是以模塊爲基本單位構建


模塊之間的調用關係很難維護。

層次式結構

微內核結構

CPU的態

支持操作系統的最基本硬件結構

• CPU
• 內存
• 中斷
• 時鐘

CPU的態(Mode)

• CPU的工作狀態
• 對資源和指令使用權限的描述。CPU在不同的態下，對資源和指令能使用的權限也不同。
  
  如上圖，這些特權指令不能隨便讓應用程序使用。

態的分類

• 核態（Kernel）：
  • 能夠訪問所有資源和執行所有指令
  • 管理程序/OS內核
• 用戶態（User mode，目態）
  • 僅能訪問部分資源，其它資源受限
  • 用戶程序
• 管態（Supervisor mode）
  • 介於核態和用戶態之間

用戶態和核態之間的轉換

用戶態向核態轉換

• 用戶請求OS提供服務
• 發生中斷
• 用戶進程產生錯誤（內部中斷）
• 用戶態企圖執行特權指令

核態向用戶態轉換的情形

• 一般是執行中斷返回：IRET

硬件和OS對CPU的觀察

• 硬件按態來區分CPU的狀態
• OS按進程來區分CPU的狀態

Ring3是應用程序層，無法訪問設備，所以要Ring3和Ring0通信






現場也叫上下文。