计算机操作系统学习day1

1.什么是操作系统

操作系统是配置在计算机硬件上的第一层软件，是管理计算机软件、硬件资源的计算机程序

2.操作系统的作用

(1).OS作为用户与计算机硬件系统之间的接口
(2).OS作为计算机系统资源的管理者
(3).OS实现了对计算机资源的抽象
OS是铺设在计算机硬件上的多层软件的集合

3.操作系统的功能

操作系统主要有CPU管理，设备管理，存储管理，文件管理，作业管理。

CPU管理：
进程的控制
进程的同步
（1）进程互斥方式 （临界资源）
（2）进程的同步方式（信号量机制）

进程的通信？
进程的调度
(1)作业调度：是从后备队列中按照一定的算法，选择出若干个作业，为他们分配运行所需的资源，让他们调入内存后，分别为他们建立进程，使他们都成为就绪进程，并将它们放入到就绪队列中
(2)进程调度：从进程的就绪队列中按照一定的算法选出一个进程，将cpu分配给他，并为他设置运行现场，使其执行

存储管理：分为内存分配、内存保护、地址映射、内存扩张。

设备管理：分为缓冲管理，设备分配、设备传输控制（又称设备驱动程序）、设备独立性。

文件管理：文件存储空间的管理、目录管理、文件操作管理、文件保护。

作业管理：是负责用户提交的要求。

4.说说CPU工作原理

CPU的原理就是：控制单元在时序脉冲的作用下，将程序计数器里所指向的指令地址送到地址总线上，然后CPU将这个地址里的指令读到指令寄存器进行译码，对于执行指令过程中所需要用到的数据，会将数据地址也送到地址总线，然后CPU把数据读到CPU的内部存储单元（内部寄存器）暂存起来，最后命令运算单元对数据进行处理加工。这个过程不断重复，直到程序结束。

5.说说CPU流水线

CPU执行一条指令时，分为几个步骤，CPU并不会等一条指令执行完才执行下一条指令，而是像流水线一样。

经典MIPS五级流水线将执行的生命周期分为五个部分：取指、译码、执行、访存、写回。

6.并发和并行

并行性是指两个或多个事件在同一时刻发生，
并发性是指两个或多个事件在同一时间间隔内发生（微观上是分时的交替执行，宏观上是同时执行）

7.微内核OS结构

将操作系统分为微内核和多个服务器，机制于策略分离，策略在服务器中，机制在微内核中

微内核的基本功能
（1）进程（线程）的管理
（2）低级储存器管理
（3）中断和陷入处理

8.内核态与用户态的区别

内核态和用户态：内核态与用户态是操作系统的两种运行级别。内核态拥有最高权限，可以访问所有系统指令，用户态则只能访问一部分指令。

什么的是进入内核态：系统调用、设备中断、异常。其中系统调用是主动进入内核态，其他是被动的。

为什么区分用户态和内核态：在CPU指令中，有一些指令是非常危险的，如有错用，会导致整个系统的崩溃。比如：清内存、设置时钟等。所以区分用户态和内核态是出于安全的考虑。

9.什么是系统调用

系统中设置了一组用户实现各种系统功能的子程序，称为系统调用。用户可以通过系统调用命令在自己的应用程序中调用它们。它有普通函数的区别是，系统调用由操作系统提供，运行于核心态，而不同函数调用由函数库或者用户自己提供，运行于用户态。

系统调用的机制其核心还是使用了操作系统为用户特别开放的一个中断来实现，该中断是程序人员自己开发出的一种正常的异常，这个异常具体就是调用int $0x80的汇编指令，这条汇编指令将产生向量为0x80的编程异常。

产生中断（软中断）后，调用中断处理程序，调用System_call函数，就完成操作系统内核态的调用了。

10.说说物理内存的层次

物理内存由四个层次：分别是寄存器、高速缓存、主存、磁盘。

操作系统会对物理内存进行管理，有一个部分称为内存管理器(memory manager)，它的主要工作是有效的管理内存，记录哪些内存是正在使用的，在进程需要时分配内存以及在进程完成时回收内存。

11.说说存储类型

ROM 只读存储器，是一种只能读出事先所存数据的固态半导体存储器。其特性是一旦存储资料就无法删除或改变。

RAM 随机存取器，是与CPU直接交换数据的内存存储器，也叫主存（内存）。它可以随时读写，而且速度快。

12.进程的定义

通常的程序不能执行并发操作，所以引入了进程

程序段，数据段和PCB(进程控制块)组成了进程实体

进程是进程实体的运行过程，是系统进行资源分配和调度的独立单位

进程和程序的区别：
程序：（菜谱）
进程：（做菜的过程）

13. 进程的特征

（1）动态性：程序的一次执行过程
（2）并发性：任何进程都可以和其他进程同时向前推进
（3）独立性
（4）异步性

14.进程的五种基本状态

（1）就绪状态：进程已经分配到除CPU以外的所有必要资源后，再获得CPu就可以立即执行。通常按照一定策略排成队列，称为就绪进程
（2）执行状态：进程已经获取到CPU，其程序执行的状态。
（3）阻塞状态：当发生某事件（I/O请求，申请缓存区失败等）暂时无法执行的状态，会引起进程调度，OS将CPU分配给另一个就绪进程，当前进程转为阻塞进程，排成阻塞队列（一般根据阻塞原因不同，设置多个阻塞队列）
（4）创建状态
（5）终止状态

三个基本状态的转换

15.进程的挂起和阻塞的区别

（1）进程的挂起是将进程移入到外存中，并不释放CPU。进程的阻塞会释放CPU

15.进程控制块PCB的作用

（1）作为独立运行基本单位的标志。
（2）能实现间断性运行方式。：在有PCB后系统将CPU现场信息保存到PCB中，方便进程再次调度时恢复
（3）提供进程管理所需的信息
（4）提供进程调度所需的信息：记录进程状态，优先级，阻塞原因等
（5）实现于其他进程的同步于通信

16.进程控制块（PCB）中的信息

（1）进程标识符
外部进程标识符：方便用户访问，描述家族关系
内部进程标识符：每个进程的唯一的数字标识符

（2）处理机状态
主要是由处理及的各种寄存器中的内容组成

（3）进程调度信息
进程当前状态
进程优先级
进程调配所需的其他信息，和进程调度算法有关
事件：进程转变成阻塞状态的事件

（4）进程的控制信息
程序和数据的地址
进程同步和通信机制
资源清单
连接指针（指向下一个PCB）

17.操作系统的内核的两大作用

（1）支撑功能
中断处理
时钟管理
原语操作（原语是由若干条指令组成的，完成一次功能的过程）

（2）资源管理功能
进程管理
储存器管理
设备管理

18. 引起创建进程的事件

（1）用户登录：在分时系统中，用户登录成功，就会为用户创建一个进程
（2）作业调度：在批处理系统中，将按照一定算法从作业中选取一些作业，将他们储存到内存，创建进程
（3）提供服务：用户发出请求后，为请求创建进程
（4）应用请求：用户进程自己创建进程。

19. 进程的创建

（1）申请空白的PCB，为新进程申请一个唯一的数字标识符
（2）为新的进程分配所需的资源，物理资源，逻辑资源
（3）初始化进程控制块（PCB）：初始化标识信息；初始化处理机状态信息；初始化处理机控制信息
（4）如果就绪队列接纳新进程，插入到就绪队列中

20. 进程的终止