第一章 操作系统概述¶
1.1 计算机概述¶
哪些硬件设备
硬件设备如何组成系统
主板上插了许多硬件设备
计算机指令：指令是计算机运行的最小功能单元，指挥硬件运行的命令
Example
算术、逻辑、移位、数据传送、输入输出、转移
1.2 为什么要在计算机中引入操作系统？¶
假设程序员直接对硬件编程？
- 需要知道 ABCDE 硬件的工作原理...
怎么办？¶
在硬件和应用软件之间，引用一层通用软件：
- 管理系统部件（硬件）
- 给上层应用软件和终端用户提供（）接口
---> 操作系统=
不同人眼中的OS——重点不同
1.3 操作系统的发展历史¶
Phase 1: 1946-1950¶
硬件非常昂贵，没有操作系统
Phase 2: 50-70¶
50-60：批处理管理系统（单道）
通道技术：控制 I/O 设备和内存间的数据传输，有专用的 I/O 处理器
---> 实现 CPU 与 I/O 设备的并行工作
终端技术：CPU 可以保存现场后转去处理该中断事件，完成之后再回来
60-70 多道批处理
当某个作业需要 IO 的时候就把它切换
——宏观上并行，微观上串行
问题：
- 内存管理
- 内存保护
- CPU 调度
- 进程通信
Phase 3: 70-¶
分时系统
terminal -> computer
为了能玩游戏而做出来的
Phase 4: 80-¶
硬件便宜起来了
Phase 5¶
现代操作系统
- 规模庞大
- 极为复杂
- 互联时代
1.4 操作系统的类型¶
- 实时操作系统：实时过程控制、实时通信处理
- 嵌入式操作系统
- 个人计算机操作系统
- 分布式操作系统
1.5 操作系统需要的硬件特性¶
受保护的指令：只有操作系统才有权使用¶
- 访问某些硬件资源的指令
- 对 I/O 设备的直接访问
- 对内存管理状态进行操作
- 某些特殊的状态位的设置
- 停机
- 【需要和操作系统提供的接口区分开，有的时候能访问是因为操作系统提供了接口】
如何从硬件上区分？¶
硬件上记录 ”CPU“ 状态，专门的寄存器：PSW(Program Status Word)，包括
- CPU 的工作状态码：管态 / 目态
- 管态：操作系统的管理程序运行时的状态
- 目态：用户的程序运行时的状态
- e.g. x86 处理器：特权环 R0R1R2R3，运行不同类别的代码；现在基本上就两种了
- 条件码：反映指令执行后的结果特征
- 中断屏蔽码：指出是否允许中断
状态之间切换：
- 管 → 目：直接改
- 目 → 管：使用系统调用
系统调用：关机指令之类的，只能...¶
特殊的访管指令【汇编语句】：执行时引发访管中断；进入管态，执行之后就恢复...
Info
这里是考试重点
Linux 有 72 个系统调用
内存保护：控制一个程序能访问的内存空间¶
最简单的做法：基址寄存器和边界寄存器
中断机制¶
同步中断：CPU 正在执行指令的时候触发的异常（CPU 检测到的、用户设定的）
异步中断：其他的硬件设备在任意时刻所发出的中断（可屏蔽、不可屏蔽），会给一个 0-255 之间的整数，称为”中断向量“