Wondershare EdrawMind
Галерея диаграмм связей Карта знакомства с операционной системой
- 3
Карта знакомства с операционной системой
Это интеллектуальная карта внедрения операционных систем, которая подразумевает рациональную организацию аппаратных и программных ресурсов, которые контролируют и управляют всей компьютерной системой, планируют работу и распределение ресурсов компьютера, а затем предоставляют удобные интерфейсы и среды для нее. пользователи и другое программное обеспечение. Это самое базовое системное программное обеспечение в компьютерной системе.
Отредактировано в 2023-12-01 15:57:29
Карта знакомства с операционной системой
- Рекомендовано вам
- Структура
Операционная система
Введение
Понятие ОС (определение)
Под ОС понимаются аппаратные и программные ресурсы, которые контролируют и управляют всей компьютерной системой. Разумно организовывать и планировать работу компьютера и распределение ресурсов, Коллекция программ, предоставляющая удобные интерфейсы и среды для пользователей и другого программного обеспечения. Это самое базовое системное программное обеспечение в компьютерной системе.
характеристики операционной системы
Параллелизм (самое важное, необходимое условие для других функций)
Два или более события происходят в одном и том же интервале времени
общий
Ресурсы в системе могут использоваться несколькими одновременно выполняющимися в памяти процессами. Совместное использование ресурсов есть совместное использование
Взаимоисключающий режим совместного использования (совместное использование фотооборудования)
Режим одновременного доступа (совместное использование ресурсов жесткого диска)
Самые основные характеристики, эти две являются условиями существования друг друга.
виртуальный
Преобразуйте физический объект в несколько логических аналогов.
ресурсы разделения времени
асинхронный
Среда мультипрограммирования позволяет одновременно выполнять несколько программ. Из-за ограниченности ресурсов выполнение процесса не является последовательным, а происходит в режиме остановки. Он продвигается с непредсказуемой скоростью.
Цели операционной системы
Удобство
эффективность
Масштабируемость
открытость
Цели и функции Роль операционной системы оказанная услуга
ОС как менеджер ресурсов компьютерной системы
Управление процессором
управление памятью
Управление устройствами
Управление файлами
ОС служит интерфейсом между пользователем и аппаратной системой компьютера. (Оказание услуг вышестоящим уровням)
Для обычных пользователей
Графический пользовательский интерфейс GUI (который в конечном итоге сводится к программному интерфейсу)
командный интерфейс
Метод онлайн-контроля
Онлайн-командный интерфейс (интерактивный командный интерфейс), подходящий для систем разделения времени или систем реального времени.
Автономный режим управления
Автономный командный интерфейс (пакетный командный интерфейс) подходит для систем пакетной обработки.
Использование программного обеспечения/программатора
Программный интерфейс (системный вызов == обобщенная инструкция)
Пользователь запрашивает ОС предоставить услуги, используя команды системного вызова в программе. Пользователи могут напрямую использовать команды системного вызова в программе для отправки различных запросов на обслуживание системы.
Например, использование внешних устройств, выполнение операций с файлами на диске, Применяется для выделения и освобождения памяти и выполнения различных требований к управлению.
ОС, используемая в качестве машины расширения Реализация абстракции компьютерных ресурсов
Расширенная машина/виртуальная машина: машина с программным обеспечением
разработка и классификация
ручной этап
недостаток
Эксклюзивное использование всей машины пользователем
ЦП ожидает ручного управления, и ЦП загружен не полностью.
Конфликт между человеком и машиной, конфликт между процессором и скоростью ввода-вывода.
Этап пакетной обработки
Одноканальная система пакетной обработки (внедрение технологии автономного ввода и вывода)
Преимущества: смягчение конфликта между скоростью человека и машины.
Недостатки: использование ресурсов по-прежнему низкое, высокоскоростной процессор ожидает низкоскоростного ввода-вывода.
Многоканальная система пакетной обработки (начинает появляться операционная система с технологией мультипрограммирования) Мультипрограммирование (многоканальное, макропараллельное, микропоследовательное)
преимущество
Высокое использование ресурсов, мультипрограммирование совместно использует ресурсы компьютера.
Пропускная способность системы высокая, ЦП и другие ресурсы остаются «занятыми».
недостаток
Длительное время отклика пользователя и возможности взаимодействия с дроном
ОС с разделением времени
преимущество
Обеспечить функции взаимодействия человека с компьютером
недостаток
Невозможно расставить приоритеты в срочных задачах
ОС реального времени
Мягкая система реального времени
Способность мириться со случайными нарушениями времени, не причиняя необратимого ущерба.
жесткая система реального времени
Действие обязательно должно произойти в указанный момент (или в пределах указанного диапазона времени).
Плюсы: Умение расставлять приоритеты в срочных задачах.
Операционная система микрокомпьютера
Сетевая ОС
Распределенная ОС
ОС ПК
Рабочая среда
Рабочий механизм
Как работает программа
Программирование на языке высокого уровня——>Машинные инструкции
Процесс запуска программы — это процесс выполнения инструкций ЦП.
две процедуры
программа ядра
приложение
Два типа инструкций
Привилегированные инструкции (такие как инструкции ввода-вывода, инструкции прерывания и т. д.)
непривилегированные инструкции
Инструкции по управлению доступом (выполнение программы переводится из режима пользователя в режим ядра)
Два состояния процессора
Состояние ядра/состояние ядра/состояние трубки
Пользовательский режим/режим глаза
Как извратить?
Режим ядра->Пользовательский режим
Привилегированная инструкция, изменяющая PSW
Пользовательский режим->Режим ядра
Вызванное прерыванием, аппаратное обеспечение автоматически завершает работу.
пример
системный вызов
Произошло прерывание
В программе пользователя возникла ошибка
Попытка выполнить привилегированную инструкцию в пользовательской программе.
Переход из основного состояния в пользовательское состояние реализуется с помощью инструкции. Эта инструкция также является привилегированной командой, обычно это инструкция возврата прерывания.
Ядро (базовое программное обеспечение, настроенное на вашем компьютере) Самая важная и основная часть операционной системы.
управление часами
Реализация функции синхронизации
Механизм прерывания
Отвечает за реализацию механизма прерываний.
примитивный
это специальная программа
Он находится в нижней части операционной системы и является частью, наиболее близкой к оборудованию.
Работа такого рода программ атомарна — ее работа может быть завершена только за один раз и не может быть прервана.
Короткое время работы и частые звонки
Структура данных и обработка управления системой Функции для управления системными ресурсами
Управление процессом
управление памятью
Управление устройствами
прерывать
Роль прерываний
Позвольте ядру операционной системы принудительно вернуть себе контроль над процессором.
Переведите процессор из пользовательского режима в режим ядра.
Классификация прерываний
Внутреннее прерывание (исключение/исключение/ловушка) Относится к текущей выполняемой команде Сигнал прерывания исходит изнутри процессора.
ловушка, попасть в
Приложение, попавшее в ловушку повышения инструкции, намеренно поднимает
Вина
Вызвано ошибкой, которая может быть исправлена программой ядра. После восстановления программы ядра права использования ЦП будут возвращены приложению, что позволит ему продолжить выполнение. (например, прерывание по ошибке страницы)
прекращение
Вызванная фатальной ошибкой, программа ядра не может исправить ошибку и обычно завершает работу приложения напрямую. (например, целочисленное деление на ноль, незаконное использование привилегированных инструкций)
Внешнее прерывание (прерывание с узким смыслом) Независимо от выполняемой в данный момент инструкции Сигнал прерывания поступает из-за пределов ЦП.
Периферийный запрос (прерывание часов)
Вмешательство человека (запрос прерывания ввода-вывода)
Основной принцип реализации механизма прерываний
Проверьте сигнал прерывания
Внутреннее прерывание: ЦП проверяет, возникает ли исключение при выполнении инструкций.
Внешнее прерывание: в конце каждого цикла команд ЦП проверяет, имеется ли сигнал внешнего прерывания, который необходимо обработать.
Найдите соответствующую процедуру прерывания
«Таблица векторов прерываний»
Системный вызов (интерфейс, предоставляемый ОС приложениям/программистам) Интерфейс программы/обобщенные инструкции
Системные вызовы — это когда пользователи вызывают в программе некоторые подфункции, предоставляемые ОС, и их можно рассматривать как специальные общедоступные подпрограммы. Включает управление системными ресурсами и управление процессами. Необходимо использовать определенные привилегированные инструкции, поэтому работайте в основном режиме.
Разница между системными вызовами и библиотечными функциями
Некоторые библиотечные функции дополнительно инкапсулируют системные вызовы.
Некоторые библиотечные функции не используют системные вызовы.
Какие функции необходимо реализовать с помощью системных вызовов?
Управление устройствами
Управление файлами
контроль над процессом
процесс коммуникации
Управление памятью
Процесс системного вызова
Передача параметров
В ловушке управления/ловушки/управления доступом
Запросы системных вызовов обрабатываются программой ядра операционной системы.
Вернуться к приложению
Архитектура
большое ядро
Основные функциональные модули операционной системы используются в качестве ядра системы и работают в состоянии ядра.
Достоинства: высокая производительность.
Недостатки: код ядра огромен, имеет запутанную структуру и его сложно поддерживать.
микроядро
Оставьте в ядре только самые базовые функции.
Преимущества: меньше основных функций, более надежная, понятная структура, простота обслуживания.
Недостатки: Необходимость частого переключения между основным режимом и пользовательским режимом, низкая производительность.
Прерывания и исключения
Разница между обработкой прерываний и вызовом подпрограммы
Входной адрес
прерывать
Получается из неявной инструкции прерывания в соответствии с вектором прерывания.
вызов подпрограммы
Получается вызывающей программой в соответствии с режимом адресации
сохранить окружающую среду
прерывать
Сохранить ПК, PSW, общий реестр
вызов подпрограммы
Сохранить ПК, Регистр общего назначения
статус процесса
прерывать
Из пользовательского режима в режим ядра
вызов подпрограммы
Никаких изменений состояния
Параллелизм против параллелизма
Параллелизм ОС достигается за счет разделения времени
Параллелизм
Два или более события происходят в одном и том же интервале времени
Параллелизм
Два или более событий отправляются одновременно
Требуется аппаратная поддержка
В мультипрограммной среде в течение определенного периода времени макроскопически несколько программ выполняются одновременно. В определенный момент в однопроцессорной среде фактически выполняется только одна программа. С микроскопической точки зрения программы выполняются поочередно с разделением времени.