第一章 操作系统概述

操作系统的定义
操作系统是一个大型系统程序

  • 提供用户接口，方便用户控制计算机
  • 负责为应用程序分配和调度软硬件资源，并控制与协调应用程序并发活动，帮助用户存取和保护信息

操作系统的功能：
进程管理，内存管理，设备管理，文件管理。

第二章 操作系统结构

操作系统的逻辑结构：

  • 逻辑机构
    OS的设计和实现思路
  • 逻辑结构的种类
    整体式结构
    分层结构
    微内核结构：微内核＋核外服务器
    支持操作系统最基本硬件结构
  • CPU
  • 内存
  • 中断
  • 时钟

cpu态：cpu的工作状态，对资源和指令使用权限的描述
态的分类：
（1）核态（Kernel Mode）
能够访问所有资源和执行所有指令
管理程序/OS内核
（2）用户态（User Mode）
仅能访问部分资源，其他资源受限
用户程序
（3）管态（Supervisor mode）
介于核态和用户态之间

硬件和OS对CPU的观察

  • 硬件按“态”来区分CPU的状态
  • OS按“进程”来区分CPU的状态

中断
定义：指CPU对突发的外部事件的反应过程或机制，CPU受到外部信号（中断信号）后，停止当前工作，转去处理该外部事件，处理完后回到原来工作的中断处（断点）继续原来的工作。

引入中断的目的：

  • 实现并发活动
  • 实现实时处理
  • 故障自动处理

中断响应的实质：

  • 交换指令执行地址
  • 交换CPU的态：中断执行是在核态下完成的，程序执行是用户态
  • 工作
    a）现场保护和恢复
    b）参数传递（通信）

第三章 操作系统用户界面

3.1.1 操作系统启动过程
刚启动时，计算机处于实模式（REAL MODE）
启动后，计算机处于保护模式（内存保护模式，PROTECT MODE）

系统BIOS(Basic I/O system)

  • 基本输入/输出系统
  • 位置：F0000-FFFFF
  • 功能：系统启动配置，基本的设备I/O服务，系统的加电自检和启动

POST之后的过程:

  • 查找显卡BIOS，调用显卡BIOS；
  • 此次查找其他设备执行相应设备的BIOS；
  • 显示启动画面
  • 从硬盘/软盘/光驱/U盘写入OS
  • OS启动后，由OS接管计算机

主启动记录MBR

  • 存放在硬盘/软盘的首扇区
  • 存放和OS启动的相关信息
  • 512BYTES
  • 结束：0xAA55h

3.1.2操作系统的启动过程
从加电到用户工作环境准备好的过程

  • 初始引导
  • 核心化初始化
  • 系统初始化

3.1.2.1初始引导

目的：把OS核心装入内存并使之开始工作接管计算机系统

过程：

  1. 加电，JUMP POST
  2. BIOS的启动程序运行
  3. 启动程序：读取0面0道第1扇区内容（MBR)，加载MBR的引导程序
  4. 引导程序：根据相关参数，读取硬盘指定位置的文件到内存，加载硬盘上的OS内核，并初始化基本参数
  5. OS内核：逐步加载OS剩余部分，最后完全控制计算机

3.1.2.2 核心初始化
资源状态、核心数据等初始化
3.1.2.3 系统初始化

为用户使用系统做准备，是系统处于待命状态

主要工作：初始化文件系统，初始化网络系统，初始化控制台，初始化图形界面

3.2操作系统的生成

满足特定硬件环境和用户需要，组装和构建操作系统过程。

操作系统生成的主要步骤

  1. 根据硬件环境/用户要求配置功能模块和构造参数
  2. 构建（build）OS的映像

3.3操作系统用户界面

OS提供给用户控制计算机的控制，又称用户接口

用户界面的分类：
操作界面
系统调用（System Call）

操作界面

  • 图形用户接口（GUI,Graphic User Interface）
  • 键盘命令

Shell脚本编程

3.4系统调用

定义：操作系统内核为应用程序提供的服务/函数
特点：一般设计核心资源和硬件的操作，运行与核态，每一个系统调用具有唯一的编号：ID，调用过程会产生中断：自愿中断