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Mapa mental de introducción al sistema operativo

Este es un mapa mental sobre la introducción de sistemas operativos. El sistema operativo se refiere a la organización racional de los recursos de hardware y software que controlan y administran todo el sistema informático, programan el trabajo y la asignación de recursos de la computadora y luego proporcionan interfaces y entornos convenientes para. usuarios y otro software. Es el software de sistema más básico del sistema informático.

Editado a las 2023-12-01 15:57:29,

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Mapa mental de introducción al sistema operativo

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Resumen

SO Capítulo 1
- 1
e7qw4qya@bccto.cc
Sistema operativo
- 2
WSb6eYgD
Mapa mental del sistema operativo de la computadora
- 1
WSb6eYgD

Sistema operativo

Introducción

Concepto de sistema operativo (definición)

SO se refiere a los recursos de hardware y software que controlan y administran todo el sistema informático. Organizar y programar razonablemente el trabajo informático y la asignación de recursos, Una colección de programas que proporciona interfaces y entornos convenientes para usuarios y otro software. Es el software de sistema más básico del sistema informático.

características del sistema operativo

Simultaneidad (lo más importante, requisito previo para otras funciones)

Dos o más eventos ocurren dentro del mismo intervalo de tiempo.

compartido

Los recursos del sistema pueden ser utilizados por múltiples procesos que se ejecutan simultáneamente en la memoria. Compartir recursos es compartir

Modo compartido mutuamente excluyente (uso compartido del equipo de cámara)

Modo de acceso simultáneo (uso compartido de recursos del disco duro)

Las características más básicas, las dos son las condiciones para la existencia del otro.

virtual

Transformar una entidad física en varias contrapartes lógicas

recursos de tiempo compartido

asincrónico

El entorno de multiprogramación permite que se ejecuten múltiples programas al mismo tiempo. Debido a los recursos limitados, la ejecución del proceso no es consistente, sino que avanza a una velocidad impredecible.

Objetivos del sistema operativo

Conveniencia

eficacia

Escalabilidad

franqueza

Metas y funciones El papel del sistema operativo. servicio prestado

El sistema operativo como administrador de los recursos del sistema informático.

Gestión del procesador

gestión de la memoria

Gestión de dispositivos

Gestión de archivos

El sistema operativo sirve como interfaz entre el usuario y el sistema de hardware de la computadora. (Brindando servicios a niveles superiores)

Para usuarios comunes

Interfaz gráfica de usuario GUI (que en última instancia se reduce a una interfaz de programa)

interfaz de comando

Método de control en línea

Interfaz de comando en línea (interfaz de comando interactiva) adecuada para sistemas de tiempo compartido o en tiempo real

Modo de control sin conexión

La interfaz de comando sin conexión (interfaz de comando por lotes) es adecuada para sistemas de procesamiento por lotes

Uso de software/programador

Interfaz del programa (llamada al sistema == instrucción generalizada)

El usuario solicita al sistema operativo que proporcione servicios mediante el uso de comandos de llamada al sistema en el programa. Los usuarios pueden utilizar directamente los comandos de llamada del sistema en el programa para realizar diversas solicitudes de servicio al sistema.

Por ejemplo, usar dispositivos externos, realizar operaciones en archivos de disco, Aplicar para asignar y recuperar memoria y diversos requisitos de control.

Sistema operativo utilizado como máquina de expansión. Implementar la abstracción de recursos informáticos.

Máquina extendida/Máquina virtual: Máquina con software cubierto

desarrollo y clasificación

etapa manual

defecto

Uso exclusivo del usuario de toda la máquina.

La CPU está esperando la operación manual y no se utiliza por completo.

Conflicto entre hombre y máquina, conflicto entre CPU y velocidad de E/S

Etapa de procesamiento por lotes

Sistema de procesamiento por lotes de un solo canal (introducción de tecnología de entrada y salida fuera de línea)

Ventajas: aliviar el conflicto entre la velocidad humana y la de la máquina

Desventajas: la utilización de recursos aún es baja, la CPU de alta velocidad espera E/S de baja velocidad

Sistema de procesamiento por lotes multicanal (comienza a aparecer un sistema operativo con tecnología de programación múltiple) Multiprogramación (multicanal, macroparalela, microserie)

ventaja

Alta utilización de recursos, la multiprogramación comparte recursos informáticos.

El rendimiento del sistema es alto, la CPU y otros recursos permanecen "ocupados"

defecto

Largo tiempo de respuesta del usuario y capacidades de interacción con drones

SO de tiempo compartido

ventaja

Proporcionar función de interacción persona-computadora.

defecto

No se pueden priorizar las tareas urgentes

SO en tiempo real

Sistema suave en tiempo real

Capacidad para aceptar violaciones de tiempo ocasionales sin causar daños permanentes.

sistema duro en tiempo real

Una acción debe ocurrir absolutamente en un momento específico (o dentro de un rango de tiempo específico)

Ventajas: Capacidad para priorizar tareas urgentes

sistema operativo de microcomputadora

Sistema operativo de red

SO distribuido

SO de PC

Entorno operativo

Mecanismo de operación

Cómo funciona el programa

Programación en lenguaje de alto nivel——>Instrucciones de máquina

El proceso de ejecución del programa es el proceso de ejecución de instrucciones por parte de la CPU.

dos procedimientos

programa del núcleo

aplicación

Dos tipos de instrucciones

Instrucciones privilegiadas (como instrucciones de E/S, instrucciones de interrupción, etc.)

instrucciones no privilegiadas

Instrucciones de gestión de acceso (la ejecución del programa se transfiere del modo de usuario al modo central)

Dos estados de procesador

Estado del núcleo/estado del núcleo/estado del tubo

Modo usuario/modo ojo

¿Cómo pervertir?

Modo kernel->Modo usuario

Una instrucción privilegiada que modifica PSW

Modo usuario->modo kernel

Causado por una interrupción, el hardware se completa automáticamente.

ejemplo

llamada al sistema

Se produjo una interrupción

Se produjo una condición de error en el programa de usuario.

Intento de ejecutar una instrucción privilegiada en el programa de usuario

La transición del estado central al estado de usuario se implementa mediante una instrucción. Esta instrucción también es un comando privilegiado, generalmente una instrucción de retorno de interrupción.

Kernel (el software subyacente configurado en su computadora) La parte más importante y central del sistema operativo.

gestión del reloj

Implementar la función de sincronización

Mecanismo de interrupción

Responsable de implementar el mecanismo de interrupción.

primitivo

es un programa especial

Está en la parte inferior del sistema operativo y es la parte más cercana al hardware.

El funcionamiento de este tipo de programa es atómico: su funcionamiento sólo se puede completar de una vez y no se puede interrumpir.

Tiempo de ejecución corto y llamadas frecuentes.

Estructura de datos y procesamiento del control del sistema. Funciones para gestionar los recursos del sistema.

Gestión de proceso

gestión de la memoria

Gestión de dispositivos

interrumpir

El papel de las interrupciones.

Deje que el kernel del sistema operativo recupere por la fuerza el control de la CPU

Cambiar la CPU del modo usuario al modo kernel

Clasificación de interrupciones

Interrupción interna (excepción/excepción/trampa) Relevante para la instrucción actualmente ejecutada La señal de interrupción proviene del interior de la CPU.

trampa, caer en

Atrapado en un aumento de instrucción, la aplicación aumenta intencionalmente

Falla

Causado por una condición de error que puede solucionarse mediante un programa del núcleo. Una vez reparado el programa del kernel, los derechos de uso de la CPU se devolverán a la aplicación, lo que le permitirá continuar ejecutándose. (como interrupción por falla de página)

terminación

Causado por un error fatal, el programa del kernel no puede reparar el error y generalmente finaliza la aplicación directamente. (como la división de números enteros por cero, el uso ilegal de instrucciones privilegiadas)

Interrupción externa (interrupción de sentido estrecho) Independientemente de la instrucción que se esté ejecutando actualmente La señal de interrupción proviene del exterior de la CPU.

Solicitud de periférico (interrupción del reloj)

Intervención humana (solicitud de interrupción de E/S)

El principio básico de implementación del mecanismo de interrupción.

Comprobar señal de interrupción

Interrupción interna: la CPU comprueba si se produce una excepción al ejecutar instrucciones

Interrupción externa: al final de cada ciclo de instrucción, la CPU verifica si hay una señal de interrupción externa que deba procesarse.

Encuentre la rutina de interrupción correspondiente

"Tabla de vectores de interrupción"

Llamada al sistema (interfaz proporcionada por el sistema operativo a las aplicaciones/programadores) Interfaz del programa/instrucciones generalizadas

Las llamadas al sistema ocurren cuando los usuarios llaman a algunas subfunciones proporcionadas por el sistema operativo en un programa y pueden considerarse como subrutinas públicas especiales. Implica la gestión de recursos del sistema y la gestión de procesos. Se deben utilizar ciertas instrucciones privilegiadas, por lo que ejecutar en modo central

La diferencia entre llamadas al sistema y funciones de biblioteca.

Algunas funciones de la biblioteca encapsulan aún más las llamadas al sistema.

Algunas funciones de la biblioteca no utilizan llamadas al sistema

¿Qué funciones deben implementarse mediante llamadas al sistema?

Gestión de dispositivos

Gestión de archivos

control de procesos

comunicación de proceso

Gestión de la memoria

Proceso de llamada al sistema

Pasando parámetros

Atrapado en comando/trampa/gestión de acceso

Las solicitudes de llamadas al sistema son procesadas por el programa del núcleo del sistema operativo.

Volver a la aplicación

Arquitectura

gran núcleo

Los principales módulos funcionales del sistema operativo se utilizan como núcleo del sistema y se ejecutan en el estado central.

Ventajas: alto rendimiento

Desventajas: el código del núcleo es enorme, tiene una estructura confusa y es difícil de mantener.

micronúcleo

Mantenga sólo las funciones más básicas en el kernel

Ventajas: menos funciones principales, estructura más confiable y clara, fácil de mantener

Desventajas: necesidad de cambiar con frecuencia entre el modo central y el modo de usuario, bajo rendimiento

Interrupciones y excepciones

La diferencia entre el manejo de interrupciones y la llamada a subrutinas

Dirección de entrada

interrumpir

Obtenido de la instrucción implícita de interrupción según el vector de interrupción

llamada de subrutina

Obtenido por el programa que llama según el modo de direccionamiento

salvar el medio ambiente

interrumpir

Guardar PC, PSW, registro general

llamada de subrutina

Guardar PC, registro de uso general

estado del proceso

interrumpir

Del modo usuario al modo kernel

llamada de subrutina

Sin cambios de estado

Paralelismo versus concurrencia

La concurrencia del sistema operativo se logra mediante el tiempo compartido

concurrencia

Dos o más eventos ocurren dentro del mismo intervalo de tiempo.

Paralelismo

Se envían dos o más eventos al mismo tiempo

Requiere soporte de hardware

En un entorno de multiprogramación, durante un período de tiempo, macroscópicamente, se ejecutan múltiples programas simultáneamente En un momento determinado, en realidad sólo se ejecuta un programa en un entorno de un solo procesador. Microscópicamente, los programas se ejecutan alternativamente en tiempo compartido.