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操作系统面试常见问题整理
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命令接口(用户通过控制台或终端输入操作命令,向系统提供各种服务要求)
程序接口(由
系统调用 组成,用户在程序中使用这些系统调用来请求操作系统为其提供服务)
图形接口 最常见的
图形用户界面GUI (最终还是通过调用程序接口实现的)
3.操作系统用作扩充机器
没有任何软件支持的计算机称为裸机,实际呈现在用户面前的计算机系统是经过若干层软件改造
的计算机。操作系统将裸机改造成功能更强、使用更方便的机器。我们将覆盖了软件的机器称为
扩充机器或虚拟机。
2.操作系统的运行机制?
1.内核程序和应用程序(内核态和用户态)
在计算机系统中,通常CPU执行两种不同性质的程序:一种是操作系统内核程序;另一种是用户
自编程序或系统外层的应用程序。内核程序是应用程序的”管理者”。“管理程序“可以执行一些特权
指令,而”被管理程序“出于安全考虑不能执行这些指令。所谓特权指令,是指计算机中不允许用
户直接使用的指令,如:I/O指令、置中断指令,存取用于内存保护的寄存器,送程序状态字到程
序状态字寄存器等指令。
操作系统在具体实现上划分了用户态(目态)和核心态(管态),以严格区分两类程序。
2.层次式结构
操作系统的各项功能分别被设置在不同的层次上。一些与硬件关联较紧密的模块,诸如时钟管
理、中断管理、设备驱动等处于最底层。其次是运行频率较高的程序,诸如进程管理、存储管理
和设备管理等。 上面的这两部分内容构成了操作系统的内核,这部分内容的指令操作工作
在核心态。
3.内核
内核是计算机上配置的底层软件,是计算机功能的延伸,包括以下4个方面的内容:
1)时钟管理 时钟的第一功能是计时,操作系统需要通过时钟管理,向用户提供标准的系统时
间。其次,通过时钟中断的管理,可以实现进程的切换。在分时操作系统中,采用时间片轮转调
度的实现;在实时系统中,按截至时间控制运行的实现;在批处理系统中,通过时钟管理来衡量
一个作业的运行程度等。
2)中断机制 引入中断技术的初衷是提高多道程序运行环境中CPU的利用率,主要针对外部设
备。后来逐步得到发展,形成了多种类型,成为操作系统各项操作的基础。如,键盘或鼠标信息
的输入、进程的管理和调度、系统功能的调用、设备驱动、文件访问等。都依赖于中断机制。可
以说,现代操作系统是靠中断驱动的软件。中断机制中,只有一小部分功能属于内核,负责保护
和恢复中断现场的信息,转移控制权到相关的处理程序。这样可以减少中断的处理时间,提高系
统的并行处理能力。
3)原语 操作系统底层是一些可被调用的公用小程序,它们各自完成一个规定的操作,其特点
是:
------ 它们处于操作系统的最底层,是最接近硬件的部分。
------ 这些程序的运行具有原子性,其操作只能一气呵成
------ 这些程序的运行时间都较短,而且调用频繁。
定义原语的直接方法是关闭中断,让它的所有动作不可分割地进行完再打开中断。
4)系统控制的数据结构及处理 系统中用来登记状态信息的数据结构很多,比如:作业控制块、
进程控制块、设备控制块、各类链表等。为了实现有效的管理,系统需要一些基本的操作,常见
的操作有以下三种:
------ 进程管理:进程状态管理、进程调度和分配、创建和撤销进程控制块等。
------ 存储器管理:存储器的空间分配和回收、内存信息保护程序、代码对换程序等。
------ 设备管理:缓冲区管理、设备分配和回收等。
3.中断和异常?
1.中断的引入——为了支持CPU和设备之间的并行操作
中断也称外中断,指来自CPU执行指令以外的事件的发生,如设备发出的I/O结束中断、时钟中断
等。这一类中断通常是与当前执行的指令无关的事件。
2.异常的引入——表示CPU执行指令本身时出现的问题
异常也称内中断、例外或陷入,指源自CPU执行指令内部的事件,如程序的非法操作码、地址越
界、算术溢出、缺页异常等。对异常的处理一般要依赖与当前程序的运行现场,不能被屏蔽。
3.中断和异常的联系与区别
4.中断执行的流程
以上是多重中断的流程,其中,1~3步是由硬件(中断隐指令)完成的;4-9步是由中断服务程序
完成的。
4.系统调用?
计算机系统的各种硬件资源是有限,为了更好的管理这些资源,进程是不允许直接操作的,所有
对这些资源的访问都必须有操作系统控制。也就是说操作系统是使用这些资源的唯一入口,而这
个入口就是操作系统提供的系统调用。一般地,系统调用都是通过中断实现的,比如,linux下中
断号0x80就是进行系统调用的。
操作系统为用户态进程与硬件设备进行交互提供了一组接口——系统调用:1.把用户从底层的硬件
编程中解放了出来;2.极大地提高了系统的安全性使用户程序具有可移植性;用户程序与具体硬件
已经被抽象接口所替代。
系统调用流程图如下:
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