四级操作系统原理整理.pdf

操作系统是计算机系统的核心组成部分，它的主要功能包括进程管理、存储管理、文件管理和设备管理。操作系统在计算机系统发展中起到了重要作用，提供了虚拟机和扩展机的功能，为软件开发提供了平台，为人机交互提供了接口，并且作为第一道安全防线保障了系统的安全。 在操作系统的发展历史中，出现了许多具有代表性的操作系统。例如，UNIX操作系统由贝尔实验室的Ken和Dennis设计，以其可移植性、多用户和多任务特性而闻名；MS-DOS是微软公司设计的单用户、单任务系统；Windows和苹果操作系统都是采用交互式图形界面；Linux遵循UNIX标准POSIX，是一种开源操作系统；而Android则是面向移动设备，基于Linux内核的开源系统。 操作系统可以根据其工作方式分为批处理、分时和实时三类。批处理系统主要用于处理批量的作业，提高了资源利用率和作业吞吐量，但用户无法直接与计算机交互。多道批处理系统引入了多道程序运行和SPOOLing技术，提高了系统效率。分时系统通过时间片轮转的方式为用户提供交互性和及时性。实时操作系统则要求在严格的时间限制内响应外部请求，分为硬实时和软实时。 嵌入式系统强调高可靠性、实时性、低资源占用和可定制功能，常见于各种智能设备。个人计算机操作系统如Windows，是单用户、多任务并采用交互式图形界面。分布式操作系统则通过网络连接多台计算机，共享计算资源，提供高运算能力和数据共享。 操作系统的结构形式多样，包括整体式、层次式和微内核式，其中微内核结构将核心功能最小化，其他服务通过客户机/服务器结构提供。 在处理器层面，CPU包含用户可见寄存器和控制状态寄存器。特权指令只能由操作系统使用，非特权指令则可供用户程序使用。处理器状态分为管态（操作系统模式）和目态（用户模式），状态转换通常通过中断或异常完成。程序状态字（PSW）记录处理器状态，包含标志位如进位、零、符号和溢出标志。 存储体系采用层次结构解决速度、容量和成本之间的矛盾，利用存储访问局部性原理提升性能。存储保护机制如界地址寄存器和存储键用于防止非法访问，确保系统安全。 中断是处理器响应外部事件或定时器信号的一种机制，中断处理包括中断请求、中断响应和中断恢复三个阶段，中断处理机制使得操作系统能够快速响应各种系统事件，保证系统的正常运行。