操作系统概述

什么是操作系统?

一个特殊的应用软件，具有对于计算机的控制权

一个可信任的软件

对硬件的管理

研究方向：和看得见的部分接轨的是Shell，和计算机内部硬件资源接轨的是Kernel

kernel涉及内容：

CPU调度

物理内存管理

虚拟内存管理

文件系统管理

中断处理与IO设备驱动

 

Kernel的特征

并发：在一段时间内多个程序运行

共享：多个程序同时访问不同的内存单元

虚拟：把cpu虚拟化成进程，把操作系统虚拟化成文件，把内存虚拟化成地址空间。

异步：分批运行

 

操作系统功能

• 向上提供接口
• 对下层功能的拓展
• 对系统资源的管理

 

操作系统运行机制

内核态

CPU运行操作系统内核程序

可执行特殊指令

用户态

CPU运行应用程序

状态转移

系统启动：内核态

启动成功：内核态->用户态

接收到外部中断（操作系统要求）/ 检测到异常（应用程序抛出或申请）：用户态->内核态

操作系统体系结构

大内核设计

微内核设计

传统内核中只放最基本的功能：中断处理、消息传递

其他的功能放在外围作为进程、服务。如文件系统、内存管理、网络协议栈

优点：安全

缺点：性能损耗大

实际使用不多

 

实时操作系统RTOS

实时系统的任务有时间限制，需要使任务在最晚启动时间之前启动，在最晚结束时间之前完成。

基本特征有以下三点：

1. 多任务操作系统
2. 多级中断机制
3. 优先级调度机制，高优先级的任务先被执行，直到需要等待某些事件放弃处理机资源，让低优先级的任务被执行。