操作系统笔记321

操作系统是计算机系统的核心组成部分，它管理着硬件资源并提供服务给上层软件，使得用户能够高效、方便地使用计算机。本笔记将详细阐述操作系统的基本概念、计算机系统概述以及相关技术。 第一章.计算机系统概述 1. 基本构成 计算机系统主要由硬件和软件两大部分组成。硬件包括中央处理器（CPU）、内存、输入/输出设备以及存储系统等。软件则分为系统软件和应用软件，其中操作系统作为系统软件的主体，是连接硬件和应用软件的桥梁。 2. 指令的执行 CPU通过执行指令来完成各种计算和控制任务。指令集架构（ISA）定义了计算机理解和执行的指令格式。一条指令通常包含操作码（指出要进行的操作）和操作数（操作的对象）。CPU通过取指、译码、执行和写回等一系列步骤来执行指令。 3. 中断 中断是计算机系统中一种重要的机制，它允许CPU在执行当前任务的同时响应外部或内部事件。 - 3.1 目的：中断允许系统在不影响当前程序执行的情况下处理突发事件，如键盘输入、定时器到期、错误检测等。 - 3.2 类型：中断分为硬件中断和软件中断，前者由外部设备引发，后者由CPU内部指令触发，如中断请求（IRQ）和软件中断指令（如 trap）。 - 3.3 中断控制流：当中断发生时，CPU保存当前状态（如寄存器内容），然后跳转到预设的中断处理程序地址。 - 3.4 中断处理：处理程序执行相应的服务，例如读取数据、更新状态等，然后恢复被中断的程序，并继续执行。 - 3.5 多个中断：现代系统支持同时处理多个中断，通过中断优先级和中断嵌套机制来管理。 4. 存储器的层次结构 为了提高访问速度和降低存储成本，计算机采用多级存储体系，包括高速缓存（Cache）、主存（RAM）和辅助存储（硬盘）等。高速缓存位于CPU与主存之间，用于暂时存放频繁访问的数据。 4.1 高速缓存 高速缓存通过数据预取和局部性原理减少主存访问时间，提升系统性能。 5. 直接内存存取（DMA） DMA允许外设直接与内存交换数据，而无需CPU参与，提高了数据传输效率。 第二章.操作系统概述 1. 操作系统的目标和功能 操作系统的主要目标是提高资源利用率、提高用户便利性、保障系统安全性和可靠性。其主要功能包括进程管理、内存管理、文件系统、设备管理、作业调度等。 - 进程管理：负责进程的创建、撤销、同步和通信，确保多道程序的并发执行。 - 内存管理：分配和回收内存，实现虚拟内存，防止内存碎片，提高内存利用率。 - 文件系统：组织、存储和检索文件，提供用户友好的接口。 - 设备管理：通过驱动程序管理和调度I/O设备，实现DMA等高级功能。 - 作业调度：根据策略选择进程进入CPU执行，确保系统公平和高效。 以上内容仅是操作系统庞大知识体系的一部分，后续章节将进一步探讨操作系统的设计原理、并发性、内存分配策略、磁盘调度、文件权限管理等内容。理解操作系统的工作原理对于软件开发、系统维护和性能优化都至关重要。