作業系統
- 作業系統
- 1.硬體組成
- 2. 軟體OS
- 2.1 什么是作業系統？
- 2.1 怎么理解作業系統？
- 2.3 為什么要設計OS
- 3.行程
- 3.1 什么是行程
- 3.2 行程的本質
- 3.3 時間片
- 3.4 并發與并行
- 3.5 內核態與用戶態
作業系統
1.硬體組成
核心：馮諾依曼體系結構
組成：
- 輸入設備： 鍵盤、滑鼠、掃描儀等
- 中央處理器（CPU）：運算器和控制器
- 輸出設備：顯示幕、列印機等
特點：
- CPU 和輸入設備或輸出設備之不能直接互動，必要依靠中間的儲存部分（記憶體）
記憶體中資料不能持久化，電腦重啟后就沒了，磁盤中的資料可以持久化
2. 軟體OS
2.1 什么是作業系統？
任何計算機系統都包含一個基本的程式集合，稱為作業系統（OS），籠統的理解，作業系統包括：
- 內核（行程管理，記憶體管理，檔案管理，驅動管理）
- 其他程式（例如函式庫，shell程式等等）
2.1 怎么理解作業系統？
類比銀行系統和作業系統的：
| 區別 | 銀行系統 | 作業系統 |
|---|---|---|
| 業務 | 存取款、貸款、轉賬 | 基本API的呼叫 |
| 提供服務的方式 | 以視窗的形式對外提供各種服務 | 以介面的形式對用戶提供各種服務 |
| 管理者的角色 | 通過硬體設備負責人進行硬體管理 ， 如：電腦是否正常作業，作業環境是否干凈等也要在系統內部進行常規的業務管理，比如：傳款接待等 | 通過硬體設備驅動進行硬體管理，比如：硬碟當前是否正常作業，網卡是否收到資料等，在系統內部進行常規的軟體業務管理，比如：檔案管理、去頂管理、行程管理 |
| 執行者的角色 | 硬體設備的負責人 | 各種負責硬體正常進行基本作業的軟體程式、驅動程式 |
| 被管理者的角色 | 銀行安保設備、調度設備、貨幣設備、員工公寓等其他硬體設備 | 各種計算機硬體、整體以馮諾依曼框架組織、如CPU、記憶體、網卡、硬碟等 |
總的來說：
- 管理者的任務分為兩種：硬體管理和軟體管理
- 按照目標物件分兩種：對內管理和對外的業務管理
2.3 為什么要設計OS
設計作業系統的目的：
- 與硬體互動，管理所有的軟硬體資源（對內且對下）
- 為用戶程式（應用程式）提供一個良好的執行環境（對外且對上）
3.行程
3.1 什么是行程
一個執行任務就說一個行程，
可執行檔案（.exe） 不等于行程
但當運行一個exe時候就會產生一個行程
撰寫一個java行程：
public class HelloJava {
public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
Thread.sleep(2*60*1000); // 等待 2分鐘
}
}
在cmd中編譯并運行：
javac Test.java
java Test
打開任務管理器中查該行程：
3.2 行程的本質
行程在作業系統中是由一個鏈表組成的多個 PCB（行程管理模塊）結構體
每次運行exe檔案時相當于在內核中PCB鏈表中把這個exe檔案
轉換成了一個 PCB 結構體
PCB（行程管理模塊）結構體：
-
PID (主鍵ID、身份識別)
PID 是行程的身份ID，是唯一的，但是重啟后 PID 就變了
[外鏈圖片轉存失敗,源站可能有防盜在這里插入!鏈機制,建描述]議將圖片上https://傳(imbl.csdnimg.cn/202CGjT10502010848190.285)(https://img-哇ng)] -
狀態資訊（就緒、運行、堵塞、終止）
-
優先級 （用于資源分配）
-
記賬資訊（記錄行程運行次數，把防止CPU分配資源不均）
-
一組指標（行程需要使用的資源）
-
背景關系資訊（行程運行時是分時運行的，當分配到CPU 資源時執行，然后沒有CPU資源之后， 暫時保存當前狀態，等待下一次執行，這個程序叫做一個背景關系）
- 就是一個行程在執行的時候，CPU的所有暫存器中的值、行程的狀態以及堆疊上的內容，
- 切換時需要保存當前行程的所有狀態，即保存當前行程的行程背景關系，以便再次執行該行程時，能 夠恢復切換時的狀態，繼續執行，
3.3 時間片
作業系統的任務調度是猜用時間片輪轉的搶占式調度方式，當一個任務執行一小段時間后強制暫停去執行下一個任務，每個任務輪流執行，任務執行的一小段時間就叫做時間片，
這樣每個任務都能得到執行，由于CPU的執行效率非常高，時間片非常短，在各個任務之間快速地切換，給人的感覺就是多個任務在“同時進行”，這也就是我們所說的并發，
3.4 并發與并行
- 并發：多個行程在一個CPU下采用時間片輪轉的方式，在一段時間之內，讓多個行程都得以推進， 稱之為并發，
- 并行：多個行程在多個CPU下分別，同時進行運行，這稱之為并行，
并發相當于：一個銀行只有一個視窗，作業人員輪流給每個人辦業務，但是只給每個人 1 分鐘，時間一到保存進度，然后接著下一個人上一次的保存的進度繼續辦理業務，
并行相當于：銀行有很多視窗，同時給所有人辦理業務，
3.5 內核態與用戶態
作業系統對執行權限進行分級：用戶態和內核態，
- 作業系統內核作為直接控制硬體設備的底層軟體，權限最高，稱為內核態，或核心 態，
- 用戶程式的權限最低，稱為用戶態，
舉個例子：
張三去銀行辦業務，在表上填寫自己寫姓名，電話，郵箱等等，做著自己的事情，這叫做用戶態，而張三通過視窗的作業人員，把自己的需求給作業人員，自此，張三在等，銀行作業人員在忙，對張三來講，就叫做陷入內核，
內核態就是作業人員在幫你辦理業務時的狀態
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