作者：Cyapirear

來源：華為開發(fā)者論壇

操作系統(tǒng)（Operation System，OS）是管理和控制計算機硬件與軟件資源的計算機程序，是直接運行在“裸機”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)的支持下才能運行。操作系統(tǒng)也是用戶與計算機硬件系統(tǒng)之間的接口，同時也是計算機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)

• 分時操作系統(tǒng)

• 實時操作系統(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，若干臺計算機相互協(xié)同完成同一任務(wù)。

• 在網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)中，每臺計算機都是相互獨立的，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）

• 進程

可以認(rèn)為是程序執(zhí)行時的一個實例。進程是系統(tǒng)進行資源分配的獨立實體，且每個進程擁有獨立的地址空間。比如打開一個瀏覽器就是啟動一個瀏覽器進程，打開兩個記事本就啟動了兩個記事本進程。

• 進程控制塊（ProcessControl Block，PCB）

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

• 線程

  可以理解為“輕量級進程”，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、程序計數(shù)器、寄存器集合和堆棧組成。在一個進程內(nèi)部，可能要同時干多件事，這時就需要同時運行多個“子任務(wù)”，我們可以把這些“子任務(wù)”稱為線程。線程屬于進程，是進程的一個實體。如果把進程比喻為工廠，線程就相當(dāng)于工廠里的各個流水線。

• 線程控制塊（ThreadControl Block，TCB）

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

• 線程和進程的區(qū)別

進程是資源分配和調(diào)度的一個獨立單元，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進程的其他線程共享進程所擁有的全部資源(寄存器、堆棧、上下文)。一個進程可以創(chuàng)建和撤銷另一個線程，同一個進程中的多個線程之間可以并發(fā)執(zhí)行。一個進程至少包括一個線程。進程結(jié)束后它擁有的所有線程都將銷毀，而線程的結(jié)束不會影響同個進程中的其他線程的結(jié)束。

• 多線程

• 并發(fā)

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

• 并行

兩個或多個事件在同一時刻發(fā)生。在多處理器中，進程可以交替執(zhí)行，還能重疊執(zhí)行，實現(xiàn)并行處理。

• 臨界資源

  一次僅允許一個進程使用的資源，如 打印機。

• 臨界區(qū)

  每個進程中訪問臨界資源的那段代碼。

• 互斥

  進程之間訪問臨界資源時相互排斥的現(xiàn)象。

• 同步

• 異步

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

• 中斷

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

大多數(shù)計算機系統(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。因為管理者需要管理它，它就是管理者的管理目標(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)，可以通過系統(tǒng)調(diào)用、異常、外部設(shè)備的中斷這三種方式實現(xiàn)。

• 系統(tǒng)調(diào)用

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

• 異常

當(dāng)CPU在執(zhí)行用戶態(tài)程序時，發(fā)生了某些事先不可知的異常，這時就會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)備完成用戶請求操作后，會向CPU發(fā)出相應(yīng)的中斷信號，這時CPU會暫停執(zhí)行下一條即將要執(zhí)行的指令，轉(zhuǎn)而去執(zhí)行與中斷信號對應(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，那么這個轉(zhuǎn)換的過程自然也就發(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)

  兩個或者多個程序在同一時間內(nèi)發(fā)生。

• 共享

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

• 虛擬

  把一個物理上的實體變?yōu)槿舾蓚€邏輯上的對應(yīng)物。

• 異步

  在多道程序環(huán)境下，允許多個進程并發(fā)執(zhí)行，但因資源有限，進程的執(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，這就是進程的異步性。

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