作者：Cyapirear

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操作系統(tǒng)（Operation System，OS）是管理和控制計(jì)算機(jī)硬件與軟件資源的計(jì)算機(jī)程序，是直接運(yùn)行在“裸機(jī)”上的最基本的系統(tǒng)軟件，任何其他軟件都必須在操作系統(tǒng)的支持下才能運(yùn)行。操作系統(tǒng)也是用戶與計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)之間的接口，同時(shí)也是計(jì)算機(jī)硬件和其他軟件的接口。

• 手工階段

• 單道批處理系統(tǒng)

• 多道批處理系統(tǒng)

• 分時(shí)操作系統(tǒng)

• 實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)

• 網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)和分布式操作系統(tǒng)，兩者的不同之處在于：

• 在分布式操作系統(tǒng)中，若干臺(tái)計(jì)算機(jī)相互協(xié)同完成同一任務(wù)。

• 在網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)中，每臺(tái)計(jì)算機(jī)都是相互獨(dú)立的，它們并不能相互協(xié)同完成同一任務(wù)。

• CPU（Central Processing Unit，中央處理器）

• 進(jìn)程

可以認(rèn)為是程序執(zhí)行時(shí)的一個(gè)實(shí)例。進(jìn)程是系統(tǒng)進(jìn)行資源分配的獨(dú)立實(shí)體，且每個(gè)進(jìn)程擁有獨(dú)立的地址空間。比如打開(kāi)一個(gè)瀏覽器就是啟動(dòng)一個(gè)瀏覽器進(jìn)程，打開(kāi)兩個(gè)記事本就啟動(dòng)了兩個(gè)記事本進(jìn)程。

• 進(jìn)程控制塊（ProcessControl Block，PCB）

保存運(yùn)行期間進(jìn)程的數(shù)據(jù)，PCB是進(jìn)程存在的唯一標(biāo)志。進(jìn)程=程序+數(shù)據(jù)+PCB。

• 線程

  可以理解為“輕量級(jí)進(jìn)程”，是CPU調(diào)度的基本單元，也是程序執(zhí)行流的最小單元，由線程ID、程序計(jì)數(shù)器、寄存器集合和堆棧組成。在一個(gè)進(jìn)程內(nèi)部，可能要同時(shí)干多件事，這時(shí)就需要同時(shí)運(yùn)行多個(gè)“子任務(wù)”，我們可以把這些“子任務(wù)”稱為線程。線程屬于進(jìn)程，是進(jìn)程的一個(gè)實(shí)體。如果把進(jìn)程比喻為工廠，線程就相當(dāng)于工廠里的各個(gè)流水線。

• 線程控制塊（ThreadControl Block，TCB）

保存運(yùn)行期間線程的數(shù)據(jù)，TCB是線程存在的唯一標(biāo)志。

• 線程和進(jìn)程的區(qū)別

進(jìn)程是資源分配和調(diào)度的一個(gè)獨(dú)立單元，而線程只是CPU調(diào)度的基本單元。線程自己不擁有系統(tǒng)資源，但它可以與同屬一個(gè)進(jìn)程的其他線程共享進(jìn)程所擁有的全部資源(寄存器、堆棧、上下文)。一個(gè)進(jìn)程可以創(chuàng)建和撤銷另一個(gè)線程，同一個(gè)進(jìn)程中的多個(gè)線程之間可以并發(fā)執(zhí)行。一個(gè)進(jìn)程至少包括一個(gè)線程。進(jìn)程結(jié)束后它擁有的所有線程都將銷毀，而線程的結(jié)束不會(huì)影響同個(gè)進(jìn)程中的其他線程的結(jié)束。

• 多線程

• 并發(fā)

兩個(gè)或多個(gè)事件在同一時(shí)間內(nèi)發(fā)生，在單CPU系統(tǒng)中，這些事件分時(shí)交替執(zhí)行。

• 并行

兩個(gè)或多個(gè)事件在同一時(shí)刻發(fā)生。在多處理器中，進(jìn)程可以交替執(zhí)行，還能重疊執(zhí)行，實(shí)現(xiàn)并行處理。

• 臨界資源

  一次僅允許一個(gè)進(jìn)程使用的資源，如 打印機(jī)。

• 臨界區(qū)

  每個(gè)進(jìn)程中訪問(wèn)臨界資源的那段代碼。

• 互斥

  進(jìn)程之間訪問(wèn)臨界資源時(shí)相互排斥的現(xiàn)象。

• 同步

• 異步

  和同步相對(duì)，同步是順序執(zhí)行，而異步是彼此獨(dú)立，在等待某個(gè)事件的過(guò)程中繼續(xù)做自己的事，不需要等待這一事件完成后再工作。實(shí)現(xiàn)異步可以采用多線程技術(shù)或者交給其他進(jìn)程來(lái)處理。

• 中斷

  當(dāng)出現(xiàn)需要時(shí)，CPU暫停執(zhí)行當(dāng)前程序，轉(zhuǎn)而執(zhí)行新程序的過(guò)程。即在程序運(yùn)行過(guò)程中，系統(tǒng)出現(xiàn)了一個(gè)必須由CPU立即處理的事務(wù)。此時(shí)，CPU暫時(shí)中止當(dāng)前程序的執(zhí)行轉(zhuǎn)而處理這個(gè)事務(wù)，這個(gè)過(guò)程就叫做中斷。

大多數(shù)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)將CPU執(zhí)行狀態(tài)分為管態(tài)與目態(tài)。

• 管態(tài)

• 目態(tài)

• 為什么叫object mode呢？

通常CPU會(huì)執(zhí)行兩種不同性質(zhì)的程序：一種是操作系統(tǒng)內(nèi)核程序；另一種是用戶自己寫的程序或系統(tǒng)外層的應(yīng)用程序。

對(duì)操作系統(tǒng)而言，這兩種程序的作用不同，前者是后者的管理者，因此“管理程序”要執(zhí)行一些特權(quán)指令，而“被管理程序”出于安全考慮不能執(zhí)行這些指令。因?yàn)楣芾碚咝枰芾硭褪枪芾碚叩墓芾砟繕?biāo)，所以就叫object mode。

• 目態(tài)（用戶態(tài)）→管態(tài)（內(nèi)核態(tài)）

從用戶態(tài)切換到內(nèi)核態(tài)，可以通過(guò)系統(tǒng)調(diào)用、異常、外部設(shè)備的中斷這三種方式實(shí)現(xiàn)。

• 系統(tǒng)調(diào)用

這是用戶態(tài)進(jìn)程主動(dòng)要求切換到內(nèi)核態(tài)的一種方式，用戶態(tài)進(jìn)程通過(guò)系統(tǒng)調(diào)用申請(qǐng)使用操作系統(tǒng)提供的服務(wù)程序完成工作。系統(tǒng)調(diào)用機(jī)制的核心是使用了操作系統(tǒng)為用戶開(kāi)放的中斷。

• 異常

當(dāng)CPU在執(zhí)行用戶態(tài)程序時(shí)，發(fā)生了某些事先不可知的異常，這時(shí)就會(huì)切換到處理此異常的內(nèi)核程序中，也就轉(zhuǎn)到了內(nèi)核態(tài)。

• 外部設(shè)備的中斷

當(dāng)外部設(shè)備完成用戶請(qǐng)求操作后，會(huì)向CPU發(fā)出相應(yīng)的中斷信號(hào)，這時(shí)CPU會(huì)暫停執(zhí)行下一條即將要執(zhí)行的指令，轉(zhuǎn)而去執(zhí)行與中斷信號(hào)對(duì)應(yīng)的處理程序（該程序在內(nèi)核態(tài)），如果先前執(zhí)行的指令是用戶態(tài)下的程序，那么這個(gè)轉(zhuǎn)換的過(guò)程自然也就發(fā)生了由用戶態(tài)到內(nèi)核態(tài)的切換。例如，硬盤讀寫操作完成，系統(tǒng)會(huì)切換到硬盤讀寫的中斷處理程序中，執(zhí)行后續(xù)的操作。

• 并發(fā)

  兩個(gè)或者多個(gè)程序在同一時(shí)間內(nèi)發(fā)生。

• 共享

  系統(tǒng)中的資源可供內(nèi)存中多個(gè)并發(fā)執(zhí)行的進(jìn)程共同使用。

• 虛擬

  把一個(gè)物理上的實(shí)體變?yōu)槿舾蓚€(gè)邏輯上的對(duì)應(yīng)物。

• 異步

  在多道程序環(huán)境下，允許多個(gè)進(jìn)程并發(fā)執(zhí)行，但因資源有限，進(jìn)程的執(zhí)行不是一貫到底，而是走走停停，以不可預(yù)知的速度向前推送，這就是進(jìn)程的異步性。

長(zhǎng)按前往圖中包含的公眾號(hào)關(guān)注