计算机操作系统的基本概念
5、操作系统操作
*双重模式操作*：
为了确保操作系统地正常执行，必须区分操作系统代码和用户定义代码的执行。许多操作系统所采取的方法是提供硬件支持以允许区分各种执行模式。
至少需要两种独立的操作模式：用户模式(user mode)和监督程序模式(monitor mode)(也称为管理模式(supervisor mode)、系统模式(system mode)或特权模式(privileged mode))。在计算机硬件中增加一个称为模式位(mode bit)的位以表示当前模式：监督程序模式(0)和用户模式(1)。有了模式位，就可以区分操作系统所执行的任务和用户所执行的任务。
系统引导时，硬件开始处于内核模式。接着，装入操作系统，开始在用户模式下执行用户进程。一旦出现陷阱或中断，硬件会从用户模式切换到内核模式。因此，只要操作系统获得了对计算机的控制，它就处于内核模式。系统在将控制交还给用户程序时会切换到用户模式。
双重模式操作提高了保护操作系统和用户程序不受错误用户程序影响的手段。其实现为：将能引起损害的机器指令作为特权指令。如果在用户模式下试图执行特权指令，那么硬件并不执行该指令，而是认为该指令非法，并将其以陷阱的形式通知操作系统。
系统调用为用户程序请求操作系统代表用户程序完成预留给操作系统的任务提供了方法。系统调用通常采用陷阱到中断向量中的一个指定位置的方式。当系统调用被执行时，硬件会将它作为软件中断。控制权会通过中断向量转交到操作系统的中断处理程序，模式位设置成内核模式。系统调用服务程序是操作系统的一部分。内核检查中断指令以确定发生了什么系统调用;参数表示用户程序请求什么类型的服务。请求所需要的其他信息可通过寄存器、堆栈或内存来传递。内核检验参数是否正确和合法，再执行请求，然后将控制返回到系统调用之后的指令。
6、进程管理
进程是系统工作的单元。系统由多个进程组成，其中一些是操作系统进程(执行系统代码)，其余的是用户进程(执行用户代码)。所有这些进程可以潜在地并发执行，如通过在单CPU上采用CPU复用来实现。
操作系统负责下述与进程管理相关的活动：
*创建和删除用户进程和系统进程;
*挂起和重启进程;
*提供进程同步机制;
*提供进程通信机制;
*提供死锁处理机制。
7、内存管理
内存是现代计算机系统操作的中心。内存通常是CPU所能直接寻址和访问的唯一大容量存储器。
操作系统负责下列有关内存管理的活动：
*记录内存的哪部分正在被使用及被谁使用;
*当有内存空间是，决定哪些进程可以装入内存;
*根据需要分配和释放内存空间。
8、存储管理
操作系统对存储设备上的物理属性进行了抽象，定义了逻辑存储单元，即文件。操作系统将文件映射到物理介质上，并通过这些物理介质来访问这些文件。
A、文件系统管理
文件管理是操作系统最为常见的组成部分。文件是由其创建者定义的一组相关信息的集合。通常，文件表示程序(源程序和目标程序)和数据。
操作系统负责下列有关文件管理的活动：
*创建和删除文件;
*创建和删除目录来组织文件;
*提供操作文件和目录的原语;
*将文件映射到二级存储上;
*在稳定介质上备份文件。
B、大容量存储器管理
绝大多数现代计算机系统都采用硬盘作为主要非易失存储介质来存储程序和数据。许多程序都存储在硬盘上，要执行时才调入内存，在执行时将硬盘作为处理的来源地和目的地。因此，硬盘的适当管理对计算机系统尤为重要。
操作系统负责下列有关硬盘管理的活动：
*空闲空间管理;
*存储空间分配;
*硬盘调度。
C、高速缓存
高速缓冲存储器是存在于主存与CPU之间的一级存储器，由静态存储芯片(SRAM)组成，容量比较小但速度比主存高得多，接近于CPU的速度。硬件高速缓存基于著名的局部性原理，该原理既适用于程序结构也适用于数据结构。在有高速缓冲存储器的计算机系统中，中央处理器存取主存储器的地址划分为行号、列号和组内地址三个字段。于是，主存储器就在逻辑上划分为若干行;每行划分 为若干的存储单元组;每组包含几个或几十个字。高速存储器也相应地划分为行和列的存储单元组。二者的列数相同，组的大小也相同，但高速存储器的行数却比主 存储器的行数少得多。
高速缓存主要由三大部分组成：
*Cache存储体：存放由主存调入的指令与数据块。
*地址转换部件：建立目录表以实现主存地址到缓存地址的转换。
*替换部件：在缓存已满时按一定策略进行数据块替换，并修改地址转换部件。
操作系统执行高速缓存管理，对高速缓存大小和置换策略的仔细选择可以极大提高性能。
D、I/O子系统
I/O子系统包括如下几个部分：
*一个包括缓冲、高速缓存和假脱机的内存管理部分;
*通用设备驱动器接口;
*特定硬件设备的驱动程序。
9、保护和安全
保护是一种控制进程或用户对计算机资源的访问的机制。这个机制必须为强加控制提供一种规格说明方法和一种强制执行方法。
安全的主要工作是防止系统不受外部或内部攻击。这些攻击范围很广，包括病毒和蠕虫、拒绝服务攻击、身份偷窃、服务偷窃。
10、分布式系统
分布式系统是将一组物理上分开来的、各种可能的异构的计算机系统通过网络连接在一起，为用户提供系统所维护的各种资源的计算机的集合。
分布式系统(distributed system)是建立在网络之上的软件系统。正是因为软件的特性，所以分布式系统具有高度的内聚性和透明性。因此，网络和分布式系统之间的区别更多的在于高层软件(特别是操作系统)，而不是硬件。内聚性是指每一个数据库分布节点高度自治，有本地的数据库管理系统。透明性是指每一个数据库分布节点对用户的应用来说都是透明的，看不出是本地还是远程。
网络操作系统(Network Operating System)提供跨网络的文件共享、包括允许不同计算机上的进程进行消息交换的通信方法等功能。
11、专用系统
*实时嵌入式系统
*多媒体系统
*手持系统
12、计算环境
*传统计算
*客户机-服务器计算
*对等计算
*基于Web的计算
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