計算機作業系統基本概述

基本特征

1. 并發

并發是指宏觀上在一段時間内能同時運作多個程式，而并行則指同一時刻能運作多個指令。

并行需要硬體支援，如多流水線、多核處理器或者分布式計算系統。

作業系統通過引入程序和線程，使得程式能夠并發運作。

1. 共享

共享是指系統中的資源可以被多個并發程序共同使用。

有兩種共享方式：互斥共享和同時共享。

互斥共享的資源稱為臨界資源，例如列印機等，在同一時刻隻允許一個程序通路，需要用同步機制來實作互斥通路。

1. 虛拟

虛拟技術把一個實體實體轉換為多個邏輯實體。

主要有兩種虛拟技術：時（時間）分複用技術和空（空間）分複用技術。

多個程序能在同一個處理器上并發執行使用了時分複用技術，讓每個程序輪流占用處理器，每次隻執行一小個時間片并快速切換。

虛拟記憶體使用了空分複用技術，它将實體記憶體抽象為位址空間，每個程序都有各自的位址空間。位址空間的頁被映射到實體記憶體，位址空間的頁并不需要全部在實體記憶體中，當使用到一個沒有在實體記憶體的頁時，執行頁面置換算法，将該頁置換到記憶體中。

1. 異步

異步指程序不是一次性執行完畢，而是走走停停，以不可知的速度向前推進。

基本功能

1. 程序管理

程序控制、程序同步、程序通信、死鎖處理、處理機排程等。

1. 記憶體管理

記憶體配置設定、位址映射、記憶體保護與共享、虛拟記憶體等。

1. 檔案管理

檔案存儲空間的管理、目錄管理、檔案讀寫管理和保護等。

1. 裝置管理

完成使用者的 I/O 請求，友善使用者使用各種裝置，并提高裝置的使用率。

主要包括緩沖管理、裝置配置設定、裝置處理、虛拟裝置等。

系統調用

如果一個程序在使用者态需要使用核心态的功能，就進行系統調用進而陷入核心，由作業系統代為完成。

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Linux 的系統調用主要有以下這些：

Task	Commands
程序控制	fork(); exit(); wait();
程序通信	pipe(); shmget(); mmap();
檔案操作	open(); read(); write();
裝置操作	ioctl(); read(); write();
資訊維護	getpid(); alarm(); sleep();
安全	chmod(); umask(); chown();

大核心和微核心

1. 大核心

大核心是将作業系統功能作為一個緊密結合的整體放到核心。

由于各子產品共享資訊，是以有很高的性能。

1. 微核心

由于作業系統不斷複雜，是以将一部分作業系統功能移出核心，進而降低核心的複雜性。移出的部分根據分層的原則劃分成若幹服務，互相獨立。

在微核心結構下，作業系統被劃分成小的、定義良好的子產品，隻有微核心這一個子產品運作在核心态，其餘子產品運作在使用者态。

因為需要頻繁地在使用者态和核心态之間進行切換，是以會有一定的性能損失。

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中斷分類

1. 外中斷

1. 異常

1. 陷入