按命令接口对作业控制方式的不哃可将命令接口分为 ______ 和 ______

***是:联机命令接口是什么命令接口；脱机命令接口

1.1 操作系统的特征

1. 共享（互斥共享囷同时访问）
2. 虚拟（时分复用和空分复用）
3. 现代操作系统最基本的两个特征是：并发与共享

1.2 操作系统的目标和功能

1. 操作系统作为计算机系統资源的管理者

在多道程序环境下处理机的分配和运行都是以进程(或线程)作为基本单位，因而对处理机的管理
可归结为对进程的管理
主要功能：进程控制、进程同步、进程通信、死锁处理、处理机调度等。

方便用户使用及提高内存的利用率
主要功能：内存分配、地址映射、内存保护与共享、内存扩充等。

计算机中的信息都是以文件的形式存在的操作系统中负责文件管理的部分称为文件系统。
主要功能：文件存储空间的管理、目录管理及文件读写管理和保护等

设备管理的主要任务是完成用户的I/O请求，方便用户使用各种设备并提高設备的利用率。
主要功能：缓冲管理、设备管理、设备处理、虚拟设备

2. 操作系统作为用户与计算机硬件系统之间的接口

为方便用户使用计算机操作系统还提供了用户接口。一类是命令接口用户利用这些操作命令来
组织和控制作业的执行；另一类是程序接口，编程人员使鼡它们来请求操作系统服务

按作业控制方式不同，可将命令接口分为联机命令接口是什么命令接口和脱机命令接口

• 联机命令接口是什麼命令接口又称交互式命令接口，适用于分时或实时系统的接口它由一组键盘操作命令组成。
  用户通过控制台或终端输入操作系统命令向系统提出各种服务要求。操作系统直接控制作业的运行
• 脱机命令接口又称为批处理命令接口，适用于批处理系统它由一组作业控淛命令(或作业控制语句)组成。脱机用户不能直接干预作业的运行而应事先用相应的作业控制命令写成一份作业操作说明书，连同作业一起交给系统操作系统间接控制作业的运行。

程序接口由一组系统调用命令(简称系统调用,也称为广义指令)组成用户通过在程序中使用这些系
统调用来请求操作系统为其提供服务。用户在程序中可直接使用这组系统调用命令向系统提出各种服务
要求如使用各种外部设备、進行有关磁盘文件的操作、申请分配和回收内存及其它各种控制要求等。
【注】当前最流行的图像用户界面(GUI)即图形接口，用户通过鼠标囷键盘在图形界面上单击或使用快捷键，就能很方便使用操作系统GUI图形接口不是操作系统的一部分，但图形接口所调用的系统调用命囹是操作系统的一部分

3. 操作系统用作扩充机器

没有任何软件支持的计算机称为裸机。裸机在最里层操作系统在最外层。我们将把覆盖叻软件的
机器称为扩充机器或虚拟机

1.3 操作系统的发展与分类

1.3.1 手工操作系统（此阶段无操作系统）

1.3.2 批处理操作系统（操作系统开始阶段）

為了解决人机矛盾及CPU和I/O设备之间速度不匹配的矛盾，出现了批处理系统它按发展历程又
分为单道批处理系统、多道批处理系统(多道程序設计技术出现以后)。

系统对作业的处理是成批进行的但内存中始终保持一道作业，单道批处理系统是在解决人机矛盾及CPU和I/O设备速率不匹配的矛盾中形成的

1）自动性。顺利的情况下磁带上的一批作业能自动地逐个运行，无需人工干预
2）顺序性。磁带上的各道作业顺序進入内存各道作业的完成顺序与进入内存的顺序在正常情况下应完全相同，亦即先调入内存的作业先完成
3）单道性。内存中仅有一道程序运行即监督程序每次从磁带上只调入一道程序进入内存运行，当该程序完成或发生异常情况时才换其后继程序进入内存运行。

内存中运行的作业发出I/O请求时高速的CPU便处于等待低速的I/O完成状态。

多道程序设计技术允许多个程序同时进入内存并允许这些它们在CPU中交替運行这些程序共享系
统中的各种硬/软件资源。当一道程序因I/O暂停时CPU便立即转去运行另一道程序。

1）多道计算机内存中同时存放多道楿互独立的程序
2）宏观上并行。同时进入系统的多道程序都处于运行过程中即它们先后开始各自的运行，但都未运行完毕
3）微观上串行内存中的多道程序轮流占有CPU，交替执行
【注】中断技术使得多道批处理系统的I/O设备可与CPU并行工作

• 多道程序设计技术需要解决下列问题

2）多道程序的内存分配问题
3）I/O设备如何分配
4）如何组织和存放大量的程序和数据，以方便用户使用并保证其安全性与一致性

优点：资源利用率高，多道程序共享计算机资源从而使各种资源得到充分利用；系统吞吐量大，CPU和其他资源保持“忙碌”状态
缺点：用户响应的時间较长，不提供人机交互能力用户既不能了解自己程序的运行情况，又不能控制计算机
【注】引入多道程序设计之后，程序的执行僦失去封闭性和顺序性

所谓分时技术，是指把处理器的运行时间分成很短的时间片按时间片轮流把处理器分给联机命令接口是什么作業
使用。分时操作系统是指多个用户通过终端同时共享一台主机这些终端连接在主机上，用户可以同时与主机进行交互操作而互不干扰分时操作系统也支持多道程序设计的系统，但它不同于多道批处理系统多道批处理是实现作业自动控制而无须人工干预的系统，而分時系统是实现人机交互的系统

1.3.5 网络操作系统和分布式计算机系统

1.3.6 个人计算机操作系统

1.4 操作系统运行的环境

1.4.1 操作系统的运行机制

两种指令、两种处理器状态、两种程序。
特权指令只能在CPU处于核心态下执行非特权指令既可以在核心态下执行，也可以在用户态下执行
需要使鼡特权指令的程序称为内核程序，普通的程序为应用程序
内核程序由于需要使用特权指令，所以需要运行在核心态

1.4.2 中断和异常的概念

發送中断或异常时，运行用户态的CPU会立即进入核心态这是通过硬件实现的。

中断也称为外中断指来自CPU执行指令以外的事情的发生，如設备发出的I/O结束中断表示设备输入/输出处理已经完成，希望处理机能够向设备发下一个输入/输出请求同时让完成输入/输出处理后的程序继续运行。
?【注】外部中断处理过程中PC值由中断隐指令自动保存，而通用寄存器内容由操作系统保存
??时钟中断：表示一个固萣的时间片已到，让处理机处理计时、启动定时运行的任务等这一类中断通常是与当前程序运行无关的事件，即它们与当前处理机运行嘚程序无关

异常也称为内中断、例外或陷入(trap)，指源自CPU执行指令或内存内部的事件如程序的非法操作码、地址越界、算术溢出、虚存系統的缺页以及专门的陷入指令引起的事件。对异常的处理一般要依赖与当前程序的运行现场而且异常不能被屏蔽，一旦出现立即处理
【注】内中断的产生与当前执行指令相关、它的检测是由CPU内部逻辑实现的，它的响应发生在指令执行过程中

• 中断处理和子程序调用的区別

子程序调用只需保护断点(程序计数器)，即该指令的下一条指令的地址；中断调用子程序不仅要保
护断点还要保护程序状态字寄存器的內容 PSW（有些机器也称标志寄存器 FLAGS）。另外两者还需保存通用数据寄存器和通用地址寄存器的内容。

所谓系统调用是指用户在程序中调鼡操作系统所提供的一些子功能，系统调用可视为特殊的公共
子程序系统的各种共享资源都由操作系统统一掌管，因此在用户程序中凣是与资源有关的操作(如存储分配、进行I/O传输及管理文件等)，都必须通过系统调用方式向操作系统提出服务请求并由操作系统代完成。

系统调用需要使用某些特权指令才能完成需要由操作系统内核程序负责完成，即要运行在核心
态用户程序可以执行陷入指令(又称仿管指令或trap指令)来发起系统调用，请求操作系统提供服务可以这么理解，用户程序执行”陷入指令“相当于把CPU的使用权主动交给操作系统內核程序(CPU的状态会从用户态进入核心态)，之后操作系统内核程序再对系统调用请求做出相应处理处理完成后，操作系统内核程序又把CPU的使用权还给用户程序(即CPU状态会从核心态回到用户态)
这样设计的目的是用户程序不能直接执行对系统影响非常大的操作，必须通过系统调鼡的方式请求
操作系统代之执行保证系统的稳定性和安全性，防止用户程序更改或访问重要的系统资源影响其它

• 用户态转向核心态的唎子【重点】

1）用户程序要求操作系统的服务，即系统调用如read系统调用
3）用户程序中发生了一个错误状态，如整数除零操作
4）用户程序Φ企图执行一条特权指令
5）从核心态转向用户态由一条指令实现这条指令也是特权命令，一般是中断返回指令
6）进程状态变化，如由進程的运行态转向等待态
【注】从用户态进入核心态不仅状态需要切换，而且所用的堆栈也可能需要用户堆栈切换为系统堆
栈但这个系统堆栈也是属于该进程的。
??若程序的运行是由用户态转到核心态则会用到访管指令，访管指令是在用户态使用的所以，它不可能是特权指令