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并发
- 指两个或多个事件在同一时间间隔内发生。这些事件宏观上是同时发生的，但微观上是交替发生的。
- 常考易混概念——并行：指两个或多个事件在同一时刻同时发生
- 操作系统的并发性指计算机系统中“同时”运行着多个程序，这些程序宏观上看是同时运行着的，而微观上看是交替运行的。
操作系统就是伴随着“多道程序技术”而出现的。因此，操作系统和程序并发是一起诞生的。 - 注意（重要考点）：
单核CPU同一时刻只能执行一个程序，各个程序只能并发地执行
多核CPU同一时刻可以同时执行多个程序，多个程序可以并行地执行
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共享
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共享即资源共享，是指系统中的资源可供内存中多个并发执行的进程共同使用
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两种资源共享方式
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互斥共享方式
- 系统中某些资源，虽然可以提供给多个进程使用，但一个时间段内只允许一个进程访问该资源（如：对摄像头设备的共享使用）
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同时共享方式
- 系统中某些资源，允许一个时间段内由多个进程“同时”对它们进行访问，如：对硬盘资源的共享使用）
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虚拟
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虚拟是指把一个物理上的实体变为若干个逻辑上的对应物。物理实体（前者）是实际存在的，而逻辑上
对应物（后者）是用户感受到的。- 空分复用技术（如虚拟存储器技术）
- 时分复用技术（如虚拟处理器）
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异步
- 异步是指，在多道程序环境下，允许多个程序并发执行，但由于资源有限，进程的执行不是一贯到底的，
而是走走停停，以不可预知的速度向前推进，这就是进程的异步性。
- 异步是指，在多道程序环境下，允许多个程序并发执行，但由于资源有限，进程的执行不是一贯到底的，
- 缺点：：用户独占全
机、人机速度矛盾导致
资源利用率极低
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单道批处理（引入脱机输入输出技术）（用外围机+磁带完成），并由监督程序负责控制作业的输入、输出
- 优：缓解了一定
程度的人机速度矛盾，
资源利用率有所提升 - 缺：内存中仅能
有一道程序运行，只有
该程序运行结束之后才
能调入下一道程序。
CPU有大量的时间是在
空闲等待I/O完成。资源
利用率依然很低。
- 优：缓解了一定
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多道批处理（操作系统开始出现）
- 优：多道程序并发执行，共享计算机
资源。资源利用率大幅提升，CPU和其他资
源更能保持“忙碌”状态，系统吞吐量增大。 - 缺：用户响应时间长，没有人机交互
功能（用户提交自己的作业之后就只能等待
计算机处理完成，中间不能控制自己的作业
执行。eg：无法调试程序/无法在程序运行过
程中输入一些参数）
- 优：多道程序并发执行，共享计算机
- 优：提供人机交互功能
- 缺：不能优先处理紧急任务
- 计算机以时间片为单位轮流为各个用户/作业服务，各个用户可通过终端与计算机进行交互。
主要优点：用户请求可以被即时响应，解决了人机交互问题。允许多个用户同时使用一台计算机，并且用户对计算机的操作相互独立，感受不到别人的存在。
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硬实时系统
- 必须在绝对严格的规定时间内完成处理
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软实时系统
- 能接受偶尔违反时间规定
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优：能优先处理紧急任务
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主要优点：能够优先响应一些紧急任务，某些紧急任务不需时间片排队。 在实时操作系统的控制下，计算机系统接收到外部信号后及时进行处理，并且要在严格的时限内处理完事 件。实时操作系统的主要特点是及时性和可靠性
- 是伴随着计算机网络的发展而诞生的，能把网络中各个计算机有机地结合起来，实现数据传
送等功能，实现网络中各种资源的共享（如文件共享）和各台计算机之间的通信。（如：Windows NT 就是
一种典型的网络操作系统，网站服务器就可以使用
- 主要特点是分布性和并行性。系统中的各台计算机地位相同，任何工作都可以分布在这些
计算机上，由它们并行、协同完成这个任务
- ：如 Windows XP、MacOS，方便个人使用
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指令
- 就是处理器（CPU）能识别、执行的最基本命令
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内核是操作系统最重要最核心的部分，也是最接近硬件的部分
甚至可以说，一个操作系统只要有内核就够了
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内核程序
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我们普通程序员写的程序就是“应用程序”
- 应用程序只能使用“非特权指令”，如：
加法指令、减法指令等
- 应用程序只能使用“非特权指令”，如：
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应用程序
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微软、苹果有一帮人负责实现操作系统，他们写的就是“内核程序”
- 操作系统内核作为 “管理者”，有时会让CPU执行一些
“特权指令”，如：内存清零指令。这些指令影响重大，
只允许“管理者”——即操作系统内核来使用
- 操作系统内核作为 “管理者”，有时会让CPU执行一些
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内核态
- 处于内核态时，说明此时正在运行的是内核程序，此时可以执行特权指令
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用户态
- 处于用户态时，说明此时正在运行的是应用程序，此时只能执行非特权指令
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拓展：CPU 中有一个寄存器叫 程序状态字寄存器（PSW），其中有个二进制位，1表示
“内核态”，0表示“用户态”
别名：内核态=核心态=管态；用户态=目态 -
内核态、用户态 的切换
- 内核态-》用户态：执行一条特权指令——修改PSW的标志位为“用户态”，这个动作意味着操作系统将主动让出CPU使用权
- 用户态-》内核态：由“中断”引发，硬件自动完成变态过程，触发中断信号意味着操作系统将强行夺 回CPU的使用权
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指令
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特权指令
- 如：内存清零指令
- 如：普通的运算指令
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处理器状态
- 用户态（目态）
- 核心态（管态）
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程序
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内核程序
- 操作系统的内核程序是系统的管理者，
既可以执行特权指令，也可以执行非特
权指令，运行在核心态。
- 操作系统的内核程序是系统的管理者，
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应用程序
- 为了保证系统能安全运行，普通应用程
序只能执行非特权指令，运行在用户态
- 为了保证系统能安全运行，普通应用程
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内核是计算机上配置的底层软件，是操作系统最基本、最核心的部分。
实现操作系统内核功能的那些程序就是内核程序。-
时钟管理
- 实现计时功能
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中断处理
- 负责实现中断机制
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原语
- 是一种特殊的程序
- 处于操作系统最底层，是最接近硬件的部分
- 这种程序的运行具有原子性——其运行只能一气呵成，不可中断
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对系统资源进行管理的功能
- 进程管理
- 存储器管理
- 设备管理
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操作系统的体系结构
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大内核
- 将操作系统的主要功能模块都作为系统内核，运行在核心态
- 优点：高性能
- 缺点：内核代码庞大，结构混乱，难以维护
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微内核
- 只把最基本的功能保留在内核
- 优点：内核功能少，结构清晰，方便维护
- 缺点：需要频繁地在核心态和用户态之间切换，性能低
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注意
- 操作系统内核需要运行在内核态
操作系统的非内核功能运行在用户态
- 操作系统内核需要运行在内核态
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中断的作用
- 让操作系统内核强行夺回CPU的控制权
- 使CPU从用户态变为内核态
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中断的分类
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内中断（也称为异常、例外）
- 陷阱、陷入（trap）
- 故障（fault）
- 终止（abort）
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外中断（也称中断）
- 时钟中断
- I/O中断请求
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中断机制基本实现原理
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检查中断信号
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内中断：
- CPU在执行指令会检查是否有异常发生
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外中断：
- 每个指令周期末尾，CPU都会检查是否有外中断信号需要处理
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找到相应的中断处理程序
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通过中断向量表实现
- 中断处理程序一定是内核
程序，需要运行
在“内核态
- 中断处理程序一定是内核
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什么是系统调用
- 操作系统对应用程序/程序员提供的接口
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系统调用与库函数的区别
- 有的库函数是对系统调用的进一步封装
- 有的库函数没有使用系统调用
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小例子：为什么系统调用是必须的
- word和wps打印同时打印
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什么功能要用系统调用实现
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设备管理
- 完成设备的请求、释放、启动等功能
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文件管理
- 完成文件的读、写、创建、删除等功能
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进程控制
- 完成进程的创建、撤销、阻塞、唤醒等功能
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进程通信
- 完成进程之间的消息传递、信号传递等功能
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内存管理
- 完成内存的分配、回收等功能
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系统调用的过程
- 传参
- 陷入指令/Trap/访管（用户态）
- 由操作系统内核程序处理系统调用请求（核心态）
- 返回应用程序
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注意
- 陷入指令是在用户态执行的，执行陷入指令之后立即引发一个内中断，使CPU进入核心态
- 发出系统调用请求是在用户态，而对系统调用的相应处理在核心态下进行
- 将操作系统的主要功能模块都作为系统内核，运行在核心态
- 优点：高性能
- 缺点：内核代码庞大，结构混乱，难以维护
- 只把最基本的功能保留在内核
- 优点：内核功能少，结构清晰，方便维护
- 缺点：需要频繁地在核心态和用户态之间切换，性能低
- 开机的时候，
怎么让操作系统运行起来？
- 虚拟机：使用虚拟化技术，将一台物理机器虚拟化为多台虚拟机器（Virtual Machine, VM），每个虚拟机器都
可以独立运行一个操作系统 - 同义术语：虚拟机管理程序/虚拟机监控程序/Virtual Machine Monitor/Hypervisor
为“内核功能”。也就是说，不 同的操作系统，对内核功能的划
分可能并不一样
作系统，不可能实现程序并发
凡是与共享资源有关的操作、会直接影响到其他进程的操作，就
一定需要操作系统介入，就需要
通过系统调用来实现
