操作系统-笔记-第一章-操作系统的概念

淡淡的烟草味﹌ 2024-05-06 23:28 137阅读 0赞

> ## ?章节汇总 ##
> 
> **[一、第一章——操作系统的概念][Link 1]**
> 
> **[二、第二章——【进程】][Link 2]**
> 
> **[二、第二章——【线程】编辑][Link 3]**
> 
> **[二、第二章——【进程调度】][Link 4]**
> 
> **[二、第二章——【进程同步与互斥】][Link 5]**
> 
> **[二、第二章——【锁】][Link 6]**
> 
> **[三、第三章——内存管理][Link 7]**
> 
> **[四、第四章——文件管理][Link 8]**
> 
> **[五、第五章——输入输出管理][Link 9]**
> 
> **[? 学习心得][Link 10]**

**目录**

**一、第一章——操作系统的概念**

**1、操作系统的概念、功能**

**（1）层次**

**（2）总结**

**2、操作系统的特征（4个）**

**（1）并发与并行**

**（2）共享与互斥**

**（3）虚拟**

**（4）异步（Asyn）**

**3、操作系统的发展与分类**

**（1）实时操作系统**

**（2）网络、分布式、个人**

**4、操作系统的运行机制**

**（1）用户态 & 内核态**

**（2）总结**

**5、中断（※※※※※）**

**（1）外中断 & 内中断**

**（2）中断程序——内核程序（内核态）**

**（3）总结**

**6、系统调用**

**（1）总结**

**7、操作系统的内核（结构体系）**

**（1）大内核 & 微内核**

**（2）优缺点**

**（3）总结**

**8、操作系统（电脑开机做了什么事情）**

**9、虚拟机**

**（1）一个物理机上（可以有多个操作系统）**

**（2）虚拟机的分配方式**

--------------------

## 一、第一章——操作系统的概念 ##

### 1、操作系统的概念、功能 ###

#### （1）层次 ####

> ![cf37c6947e644c42be137f5e3ec7a8ea.png][]

#### （2）总结 ####

> ![c102072f95ec4664866968297461465c.png][]

### 2、操作系统的特征（4个） ###

> ![76fc96e0b52c42b68b22bca783f7007a.png][]

#### （1）并发与并行 ####

**并发——时间段（服务器——高并发：对请求接口可以实现很多的应答~）**

**并行——时刻（同时进行——多线程——多核CPU）**

> ![64f44fd63bca4b08921745cd1e27a9dc.png][]

#### （2）共享与互斥 ####

> **共享——可以同时使用（资源）**
> 
> **互斥——只能让一个人使用（数据一致性）**

> ![230ada36244c4cb39942d2218af6f78d.png][]

> **互相依靠（共享 & 并发）**
> 
> ![ab2e043604294ec6a177560e15519e38.png][]

#### （3）虚拟 ####

> ![c7e54ebc8f7545d792c0861645c35854.png][]

#### （4）异步（Asyn） ####

> **有并发，才有异步~**
> 
> **那必然是多线程啦~（单独开一个线程，实现异步操作，不会阻塞主线程）**

> **1.** **同步（Synchronous）：****同步指的是任务按照顺序依次执行，并且每个任务必须等待前一个任务完成后才能开始执行。在同步模式下，任务之间的执行是阻塞的，即一个任务的执行会阻碍其他任务的进行，直到该任务完成。**

> **2.** **异步（Asynchronous）：****异步指的是任务可以并发或并行地执行，任务之间相互独立。在异步模式下，任务的执行是非阻塞的，即一个任务的执行不会等待其他任务的完成，而是通过回调函数、事件监听等机制，实现任务的并发执行和结果的返回。**

> **异步编程通常用于处理涉及网络请求、文件操作、数据库查询等需要等待耗时操作的情况，以提高系统性能和资源利用率。**

> **异步编程一般采用事件驱动、回调函数、协程等技术来实现。**
> 
> 1.  **同步编程更加直观和易于理解，但在处理大量并发任务或需要等待的情况下，可能导致程序性能下降和资源浪费。**
> 2.  **异步编程可以更好地利用系统资源，提高程序的效率和响应性。**
> 3.  **选择使用同步还是异步取决于具体的应用场景和需求。**
> 4.  **在编程中，可以根据任务的特性选择适合的模式，或者将同步和异步结合起来，灵活地处理不同的任务和情况。**

### 3、操作系统的发展与分类 ###

> ![36afc94282bd4a5b823e02dec17b492a.png][]

#### （1）实时操作系统 ####

> ![332339b7e7af4065a35b35a97cd16758.png][]

#### （2）网络、分布式、个人 ####

> ![07292e9a6f5f4ece8c19f84f2019068c.png][]

### 4、操作系统的运行机制 ###

#### （1）用户态 & 内核态 ####

> **当用户态要“越权”时，硬件CPU会检测出问题！自动变态，并且中断程序！**

> ![6bdf724dfaab4e4595660047cada8747.png][]

#### （2）总结 ####

> ![2e16f9d828594adc9101c6bc97a9019a.png][]

### 5、中断（※※※※※） ###

#### （1）外中断 & 内中断 ####

> **内中断——异常（缺页、指令非法、陷入指令-系统调用）**
> 
> **外中断——程序处理（IO、时钟）**

> ![720f9af1e0da4e1a83be492165b6645d.png][]

#### （2）中断程序——内核程序（内核态） ####

> **硬件和软件都可以实现中断——计算机组成原理有讲**
> 
> **【中断向量表】——查询之后——就知道该执行怎么样的【中断处理程序】**

> ![3044a9a664544954b225dc20c87a8928.png][]

#### （3）总结 ####

> ![45f34f9af4f14092af02268fde7ed7d1.png][]

### 6、系统调用 ###

> **陷入指令——系统调用**
> 
> **由操作系统提供对应的接口，让应用程序可以使用该指令**
> 
> **当CPU遇到【陷入指令】时，就会…（应用程序把控制权还给了操作系统）**

> **Unix** **确实是用【C 语言】编写的,而且是世界上第一个用 C 语言编写的操作系统。**
> 
> **【Windows操作系统】是用【C和汇编语言】开发的**
> 
> **现在【Windows操作系统】正在使用【Rust语言】重构**
> 
> **Windows****还支持使用其他编程语言编写应用程序，如C++、C\#和Visual Basic等。**

> ![e3af8d2e6ef24ca4aedd6aeacdcac4b4.png][]

#### （1）总结 ####

> ![bd0f43c42df54d2c8dd2120f9c2b07eb.png][]

### 7、操作系统的内核（结构体系） ###

> **Ubuntu和CentOS都是Linux内核**
> 
> **他们主要开发的是——非内核功能（GUI、命令等）**

> ![70c5814b2ebf4cf2bbb0c48b7bf8670c.png][]

#### （1）大内核 & 微内核 ####

> **为什么是大内核？——因为好几个功能都被划分到了内核态**

> ![495beb8ecbbc4be7a52d192c8fcafd86.png][]

> **微内核——状态变换更多**

#### （2）优缺点 ####

> **大：快（难以维护）**
> 
> **微：慢（模块化、方便维护）**

> ![8fa75e4798d0457a81435378736a6de1.png][]

#### （3）总结 ####

> ![fbee038b798e4272961634b78c10fd0d.png][]

### 8、操作系统（电脑开机做了什么事情） ###

> **首先，我们已经通过BIOS引导，安装了一个操作系统，并且划分了分区，还安装了软件**

> **现在开始开机：**
> 
> 1.  **CPU读取磁盘信息（执行主引导程序——硬件自检）**
> 2.  **执行【磁盘引导程序+分区表】**
> 3.  **读取操作系统的初始化程序**
> 4.  **执行操作系统的初始化程序——完成初始化**

> ![e7528493d739497cacc4800883cc8cbf.png][]
> 
> ![4dc143d0f9684c1a8e5ddb90e025ad14.png][]

> **你的大致描述是正确的，但还可以添加一些细节。以下是对操作系统启动过程的修正和补充：**
> 
> 1.  **电源开启后，计算机进行电源自检，确保各硬件设备正常。**
> 2.  **主板上的****BIOS****芯片被访问，执行****Basic Input/Output System (BIOS)****程序。****BIOS****负责初始化各硬件设备，并进行一系列自检，包括检查****RAM****、显示适配器等。**
> 3.  **BIOS****通过读取硬盘驱动器的引导区（****Master Boot Record****，****MBR****）来加载引导程序。****MBR****位于分区表的第一个扇区，其中存储了引导程序的位置和大小信息。**
> 4.  **引导程序加载操作系统的引导加载程序（****bootloader****），如****GRUB****或****Windows Boot Manager****。引导加载程序位于磁盘的特定位置，它负责加载操作系统内核并将控制权转交给它。**
> 5.  **操作系统内核被加载入内存，并开始执行初始化程序。****初始化程序负责配置系统环境、加载设备驱动程序和初始化各种子系统。**
> 6.  **初始化过程通常涉及加载一些核心组件、建立内存管理和进程管理结构，以及准备其他必要的系统资源。**
> 7.  **一旦初始化完成，操作系统进入可用状态，用户可以进行交互，并且其他应用程序可以在操作系统上运行。**

> **需要注意的是，不同的操作系统和计算机架构可能会有所不同，但基本过程大致相似。此外，硬盘分区和软件安装的细节通常在操作系统初始化之后完成。**

> **自检——找到引导程序——加载——执行**

### 9、虚拟机 ###

#### （1）一个物理机上（可以有多个操作系统） ####

> ![946aa7680d604b50a502667e4b4d7190.png][]

> **类似docker**

#### （2）虚拟机的分配方式 ####

> **第一类——直接运行在物理资源上（权限高、速度快、可安装多个）**
> 
> **第一类——我搞一个双系统（一个Windows、一个Ubuntu）**

> **第二类——在一个操作系统的基础上运行的（速度慢、权限低、一个都够呛~）**
> 
> **第二类——我在Windows上安装一个乌邦图的VMM虚拟机**

> ![7837f34234d64bb3b79b2f8b9e638a62.png][]

> **第二类——方便迁移——可以打包——然后供别人使用（类似docker）**

> 1.  **双系统：你可以在一台计算机上安装两个不同的操作系统，如Windows和Ubuntu，并且可以在开机时选择进入哪个操作系统。**
> 2.  **VMM****虚拟机：你可以在Windows操作系统上安装虚拟机软件，如VMware或VirtualBox，并在虚拟机中安装Ubuntu操作系统。虚拟机可以模拟出一个独立的计算环境，在其中运行另一个操作系统。**

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> **长路漫漫，我越学，感觉越发吃力，是因为正反馈来得不够么？不行，我得继续努力，星光不负赶路人！你还记得三年前么？你那时还是一个小白，什么都不懂，但有一腔热血！三年来，你的热血还在么？你的一切！！！就看今朝了！！！坚持下去，别放弃，你一定得成功！你必须得成功啊！——总之，加油啊！！！咬牙挺住！**
> 
> --------------------
> 
> **时间：2023年8月14日15:09:25**

[Link 1]: https://blog.csdn.net/Pan_peter/article/details/132276090?spm=1001.2014.3001.5502#t0
[Link 2]: https://blog.csdn.net/Pan_peter/article/details/132296308?spm=1001.2014.3001.5502#t0
[Link 3]: https://blog.csdn.net/Pan_peter/article/details/132318160?spm=1001.2014.3001.5502#t0
[Link 4]: https://blog.csdn.net/Pan_peter/article/details/132368433?spm=1001.2014.3001.5502#t0
[Link 5]: https://blog.csdn.net/Pan_peter/article/details/132378673?spm=1001.2014.3001.5502#t0
[Link 6]: https://blog.csdn.net/Pan_peter/article/details/132390442?spm=1001.2014.3001.5502#t0
[Link 7]: https://blog.csdn.net/Pan_peter/article/details/132405948?spm=1001.2014.3001.5502#t0
[Link 8]: https://blog.csdn.net/Pan_peter/article/details/132425211?spm=1001.2014.3001.5502#t0
[Link 9]: https://blog.csdn.net/Pan_peter/article/details/132449602?spm=1001.2014.3001.5502#t0
[Link 10]: https://blog.csdn.net/Pan_peter/article/details/132472318?csdn_share_tail=%7B%22type%22%3A%22blog%22%2C%22rType%22%3A%22article%22%2C%22rId%22%3A%22132472318%22%2C%22source%22%3A%22Pan_peter%22%7D#t2
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