操作系统核心概念与运行机制解析

操作系统是计算机系统的核心组成部分，它负责管理和控制计算机的硬件及软件资源，为用户提供方便、高效的服务。本资源归纳了操作系统的一些关键知识点，涵盖了操作系统概论、操作系统运行机制以及进程线程模型。 首先，操作系统位于硬件之上，是支撑软件和应用软件的基础。其主要特征包括并发性、共享性和随机性。并发性指的是多个任务可以同时执行，共享性则意味着资源可以在不同程序间共享，而随机性体现在操作系统的执行过程中具有不确定性。 操作系统作为系统软件，其主要功能包括资源管理和控制程序执行。资源管理涉及内存分配、磁盘空间管理等，而控制程序执行则是通过调度算法来决定哪个进程或线程应获得CPU的时间片。 在操作系统研究中，有多种观点，如将操作系统看作软件、资源管理器、进程控制实体、虚拟机以及服务提供者。这些观点有助于理解操作系统的不同层面和作用。 批处理系统适用于大规模作业的处理，优点在于能提高CPU的利用率和系统的吞吐量，但缺点是缺乏交互性。相比之下，微内核结构（C/S结构）更注重可靠性和灵活性，适用于分布式处理环境。 在操作系统运行机制方面，中断是处理器响应外部或内部事件的方式，中断源包括I/O设备、时钟等。中断请求由中断控制器向CPU发出，中断的作用在于提高处理器效率和实时响应能力。中断有多种类型，如时钟中断、I/O中断等。异常与中断不同，它是由于程序错误（如算术溢出、被零除）或特定指令（访管指令）引发的，同样，系统调用用于请求系统服务，例如动态分配资源。 系统调用与一般过程调用的主要区别在于系统调用需要通过软中断（陷入机制）从用户态切换到系统态，而一般过程调用则在相同的状态下进行。参数传递可以通过陷入指令、通用寄存器或堆栈区完成。 在进程线程模型中，进程是包含程序、数据和进程控制块（PCB）的执行实体，可处于运行、就绪或等待（阻塞）状态。进程状态的转换如运行到就绪可能是由于时间片耗尽，运行到等待可能是因为等待某个事件的发生，而等待到就绪则表明等待的事件已经完成。 并发执行带来了许多不同于顺序执行的特点，如相互制约和不可再现性。多道程序设计环境允许进程独立运行，共享资源，增加了系统的随机性和效率。 这些知识点是学习和理解操作系统的基础，对于准备考试或深入操作系统原理的研究都十分有益。通过深入学习这些概念，可以更好地理解和解决实际的系统问题。