MindMap Gallery 第一章-操作系统概述
操作系统详细思维导图,OS是控制和管理计算机软硬件资源,组织和调度计算机的工作和资源分配,为用户及其它软件提供操作硬件的接口与环境的程序集合。本图适合计算机相关专业期末复习,考研学习等。
Edited at 2023-10-11 11:38:27Einhundert Jahre Einsamkeit ist das Meisterwerk von Gabriel Garcia Marquez. Die Lektüre dieses Buches beginnt mit der Klärung der Beziehungen zwischen den Figuren. Im Mittelpunkt steht die Familie Buendía, deren Wohlstand und Niedergang, interne Beziehungen und politische Kämpfe, Selbstvermischung und Wiedergeburt im Laufe von hundert Jahren erzählt werden.
Einhundert Jahre Einsamkeit ist das Meisterwerk von Gabriel Garcia Marquez. Die Lektüre dieses Buches beginnt mit der Klärung der Beziehungen zwischen den Figuren. Im Mittelpunkt steht die Familie Buendía, deren Wohlstand und Niedergang, interne Beziehungen und politische Kämpfe, Selbstvermischung und Wiedergeburt im Laufe von hundert Jahren erzählt werden.
Projektmanagement ist der Prozess der Anwendung von Fachwissen, Fähigkeiten, Werkzeugen und Methoden auf die Projektaktivitäten, so dass das Projekt die festgelegten Anforderungen und Erwartungen im Rahmen der begrenzten Ressourcen erreichen oder übertreffen kann. Dieses Diagramm bietet einen umfassenden Überblick über die 8 Komponenten des Projektmanagementprozesses und kann als generische Vorlage verwendet werden.
Einhundert Jahre Einsamkeit ist das Meisterwerk von Gabriel Garcia Marquez. Die Lektüre dieses Buches beginnt mit der Klärung der Beziehungen zwischen den Figuren. Im Mittelpunkt steht die Familie Buendía, deren Wohlstand und Niedergang, interne Beziehungen und politische Kämpfe, Selbstvermischung und Wiedergeburt im Laufe von hundert Jahren erzählt werden.
Einhundert Jahre Einsamkeit ist das Meisterwerk von Gabriel Garcia Marquez. Die Lektüre dieses Buches beginnt mit der Klärung der Beziehungen zwischen den Figuren. Im Mittelpunkt steht die Familie Buendía, deren Wohlstand und Niedergang, interne Beziehungen und politische Kämpfe, Selbstvermischung und Wiedergeburt im Laufe von hundert Jahren erzählt werden.
Projektmanagement ist der Prozess der Anwendung von Fachwissen, Fähigkeiten, Werkzeugen und Methoden auf die Projektaktivitäten, so dass das Projekt die festgelegten Anforderungen und Erwartungen im Rahmen der begrenzten Ressourcen erreichen oder übertreffen kann. Dieses Diagramm bietet einen umfassenden Überblick über die 8 Komponenten des Projektmanagementprozesses und kann als generische Vorlage verwendet werden.
计算机系统概述
1. OS基本概念
i. OS的概念
I. 控制和管理计算机软硬件资源
II. 组织和调度计算机的工作和资源分配
III. 为用户及其它软件提供操作硬件的接口与环境的程序集合
IV. 地位
最基本的系统软件
ii. 特征
并发
通过分时得以实现
共享
I. 互斥共享
一段时间内只允许一个进程使用
II. 同时访问
微观上交替访问
并发性和共享性是OS最基本的特征
虚拟
将物理实体虚拟为多个逻辑对应物
通过多道程序设计技术实现
时分复用
虚拟处理机
空分复用
虚拟内存
异步
多道程序下,进程间断执行,以不可预知的速度向前推进
iii. OS的目标和功能
I. 资源管理者身份
1. 处理机管理
进程管理
2. 存储器管理
内存分配
内存保护
设置上下限寄存器
通过重定位寄存器和界地址寄存器(记录进程最大逻辑地址)进行越界检查
地址映射
逻辑地址到物理地址的转换
地址扩充
利用虚拟技术或自动覆盖技术
3. 文件管理
存储空间管理
目录管理
内存共享与保护
内存扩充
4. 设备管理
缓冲管理
虚拟设备
设备分配
设备处理
II. 提供接口
1. 命令接口
联机命令接口
“说一句,做一句”
强调交互性
脱机命令接口
“说一堆,做一堆”
适用批处理系统
用户直接使用
2. 程序接口
组成
系统调用(广义指令)
间接使用
3. 用户接口
GUI
联机用户接口
脱机用户接口
III. 作为扩充机
裸机
没有任何软件支持的计算机称之为裸机
虚拟机
覆盖了软件的机器
2. OS的发展与分类
i. 手工操作阶段
缺点
用户独占全机
导致资源利用不充分
CPU等待手工操作
CPU利用率不高
ii. 批处理阶段
单道批处理
在监督程序(OS雏形)的控制下
作业成批处理,但内存只有一道作业
作业可以简单理解为外存中的程序
产生动力
CPU与外设速率不匹配
缺点
内存浪费
CPU利用率低
外设利用率低
多道批处理
多道作业运行;宏观并行;微观交替执行
产生动力
进一步提高资源利用率和系统吞吐量
缺点
无交互
用户响应时间长
iii. 分时操作系统
将处理机运行时间划分为很短时间片再轮流分配给作业使用
追求目标
响应时间
调度策略
时间片轮转调度
产生动力
交互性
缺点
不能处理紧急任务和实时任务
iv. 实时操作系统
截止时间内完成任务
产生动力
处理实时任务和紧急任务
分类
硬实时系统(HRT)
必须在规定时间内完成任务,否则产生灾难性后欧
举例
自动化控制
导弹控制
股票交易等
软实时系统(SRT)
偶尔错过截止时间,影响也不大
举例
飞机订票
银行管理
办公室管理等
缺点
不强调资源利用率
v. 其他操作系统
CP/M
最早诞生的微机操作系统(8位)
其他微机操作系统:IBM/PC
Windows系列
最具代表性的--单用户多任务--操作系统
UNIX
最具代表性的--多用户多任务--操作系统
MS-DOS
16位--单用户单任务--操作系统
3. OS的运行环境
i. OS的运行机制
I. 两种程序
1. 内核程序
“管理程序”
组成OS内核
并非所用功能都在内核,如GUI
2. 应用程序
“被管理程序”
II. 两种指令
1. 特权指令
仅OS和其他系统软件使用,禁止用户程序使用
“少儿不宜”
举例
开关中断
置时钟
清内存
修改段页表
修改程序状态字寄存器(PSWR)
修改用户访问权限
2. 非特权指令
用户态下使用的指令
“老少皆宜”
举例
读时钟
取数
寄存器清零
四则运算
III. 两种状态
1. 内核态
也称管态,核心态
内核程序
CPU可执行除“访管指令”外的所有指令
2. 用户态
也称目态
用户程序
只可以执行非特权指令
IV. 两种寄存器
1. 程序状态字寄存器(PSWR)
记录CPU的状态
核心态
1/0
用户态
0/1
2. 程序计数(PC)
记录CPU要执行的下一条指令的地址
V. OS内核
1. 时钟管理
可实现进程的切换
2. 中断机制
提高多道程序环境下CPU利用率
3. 原语
位于OS最底层,最接近硬件的一部分
原语实现
关中断 动作 开中断
常驻内存
4. 系统控制的数据结构及处理
如JCB,PCB等
ii. 中断和异常
I. 实现方式
硬件(改变PSWR)
发送中断或异常时,CPU会立马进入内核态
II. 中断和异常的定义
中断
也称外中断
CPU执行指令以外的事件发生
举例
I/O中断
时钟中断(分时OS进程时间片用完)
异常
也称内中断,例外或陷入
CPU执行指令时发生的内部事件
举例
Trap指令(陷入指令),如INT
地址非法
除数为0
算数溢出
校验错
异常不能被屏蔽,出现后立即处理
III. 中断处理过程
1. 关中断
为了保护现场
2. 保存断点
保存PC值
3. 引出中断服务程序
将中断处理程序的入口地址送入PC
1-3由硬件(中断隐指令)自动完成
4. 保存现场和屏蔽字
现场信息一般指PSWR和某些通用寄存器的值
屏蔽字:用来描述“中断屏蔽”状态的二进制信息
5. 开中断
允许响应更高级的中断
6. 执行中断服务程序
完成目的
7. 关中断
保证恢复现场和屏蔽字时不被中断
8. 恢复现场和屏蔽字
9. 开中断并返回
返回源程序断点处
4-9由中断服务程序完成
iii. 系统调用
I. 又称广义指令
程序接口
II. 用户主动请求服务,将CPU的控制权交给OS
用户发起系统调用,内核完成系统调用
III. 何时发起
与共享资源有关的操作
如存储分配,I/O传输,文件管理等
IV. 用户程序使用系统调用的过程
直接使用
陷入指令(trap指令,访管指令)
间接使用
通过库函数
V. 设计系统调用的作用
防止用户随意更改或访问系统重要资源
保证系统的稳定性和安全性
VI. 执行过程
用户进程调用系统调用(传递有关参数;执行陷入指令;执行相应服务程序)
内核处理系统调用
返回
用户态进入核心态后
状态改变
堆栈可能也由用户堆变为系统堆
4. OS的体系结构
1. 大内核
进程管理
存储器管理
设备管理
时钟管理
中断处理
原语等
典型
LINUX
UNIX
2. 微内核
时钟管理
中断处理
原语等
优点
i. 稳定
服务越少越稳定
ii. 扩展性强
添加服务时不必修改内核
iii. 增强了OS可靠性
iv. 移植性好
绝大部分代码与硬件平台无关
缺点
需要频繁地在用户态和核心态下切换
典型
Windows NT