网络操作系统学习笔记：并发性、共享性解析

"这是针对2022年自学考试网络操作系统准备的全面学习笔记，涵盖了操作系统的基本概念、现代操作系统的特点、操作系统在计算机系统中的地位、多道程序设计的原理及其硬件基础，还包括虚拟处理机的概念、处理机运行状态的管理、访管指令、特权指令和系统调用的区别以及系统调用的实现原理等核心知识点。" 操作系统是计算机系统的核心软件，它管理和控制硬件及软件资源，协调工作流程，使得用户能够高效、便捷地使用计算机。在现代操作系统中，并发性、共享性、虚拟性和不确定性是其基本特性。并发性使得多个任务可以在一个时间段内看似同时执行，共享性则允许不同的用户或进程访问同一资源，虚拟性通过操作系统创造出逻辑上的资源，提高了资源利用率，而不确定性则源于并发环境下调度的随机性。 在计算机系统的层次结构中，操作系统位于硬件层之上，作为软件的重要组成部分，起到桥梁作用，连接硬件和上层的应用程序。操作系统通过提供接口和服务，提高了计算机系统的效率，增强了处理能力，优化了资源利用率。 多道程序设计是操作系统实现并发执行的关键。硬件基础包括中断系统，它允许CPU对突发事件作出响应；通道技术，使得CPU可以与外设间断通信，进行并行处理；以及CPU与通道间的通信机制。多道程序设计使得多个程序在宏观上并行，微观上串行地运行，充分利用了系统资源，尤其是引入通道技术后，CPU可以从输入/输出(I/O)操作中解脱出来，实现更高效的并行处理。 实现多道程序设计需要解决存储保护、处理机管理和调度以及资源的分配问题。存储保护确保各程序不会互相干扰，地址重定位使得程序可以在不同的内存位置运行。处理机管理和调度则涉及到如何在多个任务间公平有效地分配CPU时间。资源管理包括了内存、I/O设备等的分配，以避免冲突。 虚拟处理机和虚拟计算机的概念进一步扩展了操作系统的功能。虚拟处理机是在逻辑上模拟的处理器，每个进程都有一套自己的虚拟处理机，使得每个进程都像是在独立的计算机上运行。虚拟计算机则是通过操作系统扩展了物理计算机的功能，使其看起来比实际拥有的资源更多。 处理机的运行现场保存了执行过程中的状态信息，如指令计数器、程序状态寄存器、通用寄存器和特殊控制寄存器。处理机状态通常有就绪、运行和阻塞三种，这些状态的转换是通过访管指令、特权指令和系统调用来完成的。访管指令允许顾客程序请求操作系统服务，当顾客程序调用系统调用时，会从顾客态切换到管态执行相应的操作，完成后又返回顾客态。 系统调用是顾客程序访问操作系统服务的正式途径，提供了诸如文件操作、进程控制、内存管理等一系列子功能。系统调用的实现原理是通过访管指令触发，该指令的地址码可以作为系统调用的功能标识，操作系统根据这个标识执行相应的服务，然后在完成服务后将状态从管态恢复回顾客态，让顾客程序继续执行。这一过程保证了系统的安全性和有效性。 这份学习笔记详尽地梳理了网络操作系统的基本理论和实践要点，对于备考2022年自考网络操作系统的考生来说，是一份极具价值的学习资料。