操作系统 第二章

重难点：
  多道程序设计，OS的基本类型，OS的功能

操作系统内核

• 操作系统分为内核部分和核外部分，目的是为操作系统的实现带来方便，也为操作系统提供一个安全的运行方式
• 操作系统软件的核心部分称为内核，是最重要的系统软件，可以理解为硬件的最高管理者
• 内核一方面是实现对计算机系统管理、控制的主要部分，拥有最高操作权限；另一方面内核中的程序和数据结构需要精心设计，运行时需要严密保护
• Tip：处理器指令被分为特权指令（涉及系统安全或使用比较复杂的指令）和非特权指令，特权指令的运行是受限的。对应的，处理器的工作模式分为核心态和用户态，核心态可以执行全部指令，用户态只能执行非特权指令
    

内核的组成

• 与硬件密切相关的操作
  • 多数是特权指令的操作，操作系统需要进行扩充和完善，为用户提供更加安全、方便的操作
• 关键的数据结构
  • 如进程控制块、信号量、页表等，不允许用户直接访问，操作系统将它们组织在内核加以保护
• 基本中断处理程序
  • 一些基本的中断处理程序设计在内核中，实现对各种设备等资源的统一管理
• 使用频繁的功能模块
  • 可以提高操作系统的性能
      

内核的特点

• 常驻内存
  • 内核大部分程序和数据，在计算机启动成功后一直保留在内存，直至关机为止
    （Tip：主存空间分为系统空间和用户空间，用户态下可访问的空间就是用户空间，其余是系统空间，内核的程序和数据放在系统空间）
• 运行在核心态
  • 内核的程序运行时，处理器处于核心态，数据也仅供核心态下的程序访问，用户无法直接使用内核程序和数据
      

操作系统的用户接口

• 命令接口

  • 命令接口的按实现分类，分为：外部命令和内部命令

  • 外部命令是在磁盘上用文件来存储的命令。内部命令是有内核模块实现的命令。外部命令需要保证命令文件在当前的目录中，或已经被加载了路径

  • 命令接口的按使用分类，分为：脱机命令和联机命令，联机命令又分为：字符命令、菜单命令和图标命令等三种。其中，字符命令是基本的命令接口

  • 脱机命令接口是适用于批处理系统的作业控制语言接口。
    联机命令接口向用户提供一组键盘命令或其他操作方式的命令，用户可通过这些命令来交互地控制自己程序的运行，并获得操作系统的服务。

• 程序接口

  • 程序员在程序中使用的接口，通过系统调用实现，即系统调用就是程序接口

• 系统调用

  • 什么是系统调用
    • 一组操作系统设计人员事先编写的子程序，这些子程序是内核的一部分
    • 程序员使用这组子程序的方法（函数）
    • 操作系统把系统调用的子程序组织在内核，运行在核心态。用户程序不能直接访问这些子程序，操作系统设计了一条特殊的指令称为访管指令，用户程序通过这条访管指令来调用内核的子程序
        

系统调用与用户子程序的比较

对比项目	系统调用	用户子程序
运行环境	核心态	用户态
中断	访管中断	无
与主程序关系	与主程序分开、独立	同一进程地址空间
共享	不同用户可以共享	同一进程内部调用