批處理系統
1.單道批處理系統
- 單道批處理系統是成批地處理作用，并且始終只有一道作業在內存中的系統。
- 優點：提高系統資源的利用率和系統吞吐量。
- 缺點：系統中的資源得不到充分利用。
2.多道批處理系統
- 引入多道程序設計技術，是為了進一步提高系統資源的利用率和系統吞吐量。
- 優點：系統資源利用率高，系統吞吐量大。
- 缺點：平均周轉時間長，無交互能力。
分時系統
- 分時系統是指在一臺主機上連續若干個配有顯示器和鍵盤的終端，并由此組成的系統。
- 分時系統允許若干個用戶同時通自己的終端以交互方式使用主機，共享主機中的資源。
分時系統的特性：
1.多路性：系統按分時原則為每個用戶服務，宏觀上若干個用戶是同時工作的，微觀上每個作業輪流執行一個時間片。
2.獨立性：每個用戶都是獨立操作的，互不干擾。
3.及時性：用戶的請求能在很短的時間內獲得響應。
4.交互性：用戶可以通過自己的終端與系統進行交互。
實時系統
- 實時系統是指能夠及時響應外部事件的請求，在規定時間內完成相應的處理，并且控制所有實時任務協調一致地運行的系統。
- 實時系統的特征是將時間作為關鍵參數，具有多路性、獨立性、及時性、交互性、可靠性。
- 常見的實時系統有工業控制系統、武器控制系統、信息查詢系統、多媒體系統、嵌入式系統。
微機操作系統
- 微機操作系統是指配置在微型機上的操作系統。分為單用戶單任務操作系統、單用戶多任務操作系統、多用戶多任務操作系統。
網絡操作系統
- 網絡操作系統是指在計算機網絡環境下，管理和控制網絡資源，實現數據通信，共享網絡資源，為用戶提供與網絡資源之間接口的一組軟件和規程的集合。
- 由于現代操作系統通常具有上網功能，所以如今一般不再特指某個操作系統為網絡操作系統。
微內核結構的操作系統
微內核操作系統的主要特點：
- 足夠小的內核
- 基于客戶/服務器模式
- 利用“機制與策略分離”的原理，將控制放在操作系統的微內核中
- 采用面向對象技術
優點 ：可擴展性高、可靠性高、可移植性強、支持分布式系統、采用面向對象技術、提高了系統性能、減少了開發系統的開銷。
操作系統的基本特征
1.并發性：并發性是指兩個或多個時間在同一時間間隔內發生。
2.共享性：共享性是指內存中并發執行的若干個進程共享系統中的各種系統。
3.虛擬性：虛擬是將一個物理實體變為若干個邏輯上的對應物。
4.異步性：異步性是指在多道程序環境下，每個進程何時進行、何時暫停未知，并以不可預知的速度向前推進。
- 并發性和共享性是多用戶多任務操作系統的兩個基本特征。
- 因為操作系統具有并發性，所以能極大地提高系統資源利用率并增大系統的吞吐量。
并發性和并行性的區別
- 并發性：兩個或多個事件在同一時間間隔發生。
- 并行性：兩個或多個事件在同一時刻發生。
操作系統的主要功能
操作系統的主要功能有：
處理機管理功能、存儲器管理功能、設備管理功能、文件管理功能、操作系統與用戶之間的接口、現代操作系統的新功能。
- ?處理機管理：?對進程進行管理、包括進程控制、進程同步、進程通信、調度（包括作業調度、進程調度等）。對于引入了線程的操作系統，處理機管理也包含對線程進行管理。
- 存儲器管理：包括內存分配與回收、內存保護、地址映射、內存擴充等。存儲器管理功能可以為多道程序提供良好的運行環境，提高存儲器的利用率，減少內存碎片，便于用戶使用，從邏輯上擴充內存。
- 設備管理：包括緩沖管理、設備分配、設備處理、虛擬設備等。設備管理功能可以完成用戶進程的I/O請求，提高I/O速度，提高CPU與I/O設備的利用率，讓用戶更方便地使用I/O設備。
- 文件管理：包括文件存儲空間管理、目錄管理、文件讀/寫管理、文件共享、文件保護等。文件管理功能可以方便用戶管理用戶文件和系統文件，并提供了有效的存取控制功能，保證了文件的安全性。
- 操作系統與用戶之間的接口：操作系統向用戶提供了“操作系統與用戶之間的接口”，接口分為用戶接口和程序接口兩種類型。操作系統由于用戶之間的接口便于用戶使用操作子系統。
裸機應用編程
1.什么是裸機?
- 無軟件的計算機硬件系統。
2.什么是裸機應用編程？
- 編寫語言：直接使用CPU指令集。
- 開發環境：基于硬件電路上的硬件接口。
3.所有臺式機，CPU一樣嗎？
- 臺式計算機和手機的CPU就不同。
- 即使家用電器里面都有不同的CPU。
4.不同類型CPU,指令集一樣嗎？
- 指令集一樣，就不能叫不同類型CPU，即使同類型，也會有變化。
5.為什么計算機CPU不做成一樣？
- 技術發展的差異：半導體技術水平導致制造過程的差異。
- 應用發展的需求：成本控制和電路設計，例如家用電器、早期的手機。
裸機上機器語言編程
- 裸機編程最早基于指令集結構(Instruction Set Architecture, ISA)編寫應用程序，即機器語言源程序。
- 提問：上面兩種機器語言代碼為什么不同，有哪些不同？這樣的編程你有什么感覺？
- x-86指令長度可變，而MIPS定長，數據好像一樣，但字節順序顛倒。能不能讓編程更輕松？
兩種機器語言代碼不同的原因及不同點
根本原因：X86 與 MIPS 屬于不同的指令集架構（ISA），ISA 定義了指令格式、操作碼、寄存器使用等底層規則，導致機器語言代碼的編碼規則不同。
具體不同點：
- 指令長度：X86 指令長度可變（如不同指令碼字節數不同），MIPS 指令定長（通常為 4 字節）。
- 字節順序：存在大端 / 小端存儲差異，如數據相同但字節順序顛倒。
- 指令編碼規則：兩者操作碼、尋址方式的機器碼表示不同，反映了各自架構的硬件設計邏輯。
編程感受：直接使用機器語言編程繁瑣易錯，需記憶復雜的二進制 / 十六進制編碼，開發效率低，代碼可讀性、可維護性差。
讓編程更輕松的方法
可通過抽象層簡化編程：
- 使用匯編語言：用助記符（如 ADD、MOV）替代機器碼，降低記憶成本，再通過匯編器轉換為機器語言。
- 高級編程語言：利用 C、Python 等高級語言，通過編譯器 / 解釋器將代碼轉換為機器語言，程序員無需關注底層細節，聚焦邏輯實現，提升開發效率。
?裸機上匯編語言編程
- 裸機編程基于匯編語言格式編寫應用程序，即匯編語言源程序代碼，即匯編程序自動轉換匯編指令成機器指令代碼。
- 通過機器語言與匯編語言代碼相比，其語言符號易于理解指令功能，而且匯編數據以10進制和字符為主，而機器語言以16進制編碼為主，CPU不一樣指令也不一樣，可能字節順序不同。
- 能否通過C語言源程序追蹤發現邏輯編程中的指令處理的信息？
借助 C 語言源程序追蹤邏輯編程中的指令處理信息：
- 編譯生成匯編代碼：使用編譯工具（如
gcc -S）將 C 語言源程序編譯為匯編語言代碼。匯編代碼中會直接呈現底層指令（如mov、add、jmp等），清晰展示指令處理邏輯，包括寄存器操作、內存訪問、運算指令等裸機編程層面的指令處理細節。- 反匯編可執行文件：將 C 語言編譯生成的可執行文件（機器碼），通過反匯編工具（如
objdump -d）還原為匯編代碼。反匯編結果會暴露機器碼對應的指令處理信息，包括指令類型、操作數、執行順序等，從而追蹤到底層指令處理邏輯。盡管 C 語言源程序本身未直接書寫指令，但通過編譯生成的匯編代碼或反匯編可執行文件，能夠間接追蹤到指令處理的具體信息，建立高級語言與底層指令處理的關聯。
裸機編程特性
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問：如果換 CPU，CPU 指令集變了，基于 CPU 指令集的程序還能用？
答：通常無法直接使用。程序執行依賴特定 CPU 指令集的操作支持，指令集變更后，原程序失去運行基礎。 -
問：如果接口硬件（類型、規模）擴充，包含原硬件接口程序能選擇使用？
答：若擴充的硬件接口仍保留原接口，原程序可選擇繼續使用；若完全替換原接口，程序需重新適配新接口才能用。 -
問：如果硬件設計未變但應用功能添加，以前的程序還可選擇使用？
答：若原程序不依賴新增功能，可繼續使用；若程序邏輯與新增功能有關聯或依賴，則需修改調整后才能用。 -
問：如果基于 CPU 指令集編寫的程序，在哪調試？怎么調試？CPU 變了怎么辦？
答：需在專門的開發板或開發設備上調試。若 CPU 變更，需更換適配新 CPU 的開發板 / 設備，重新搭建調試環境。 -
問：程序設計要考慮哪些？
答：需考慮：滿足應用業務功能需求；CPU 指令集提供的操作能力；CPU 寄存器數量限制；硬件中斷支持機制；內存單元布局；外部設備接口類型、規模及操作邏輯。
?操作系統上編程：算法語言編程
- 軟件層抽象隱藏硬件接口，算法語言語句抽象為虛擬CPU指令，不與具體的CPU指令集、內存和外部硬件接口對應。
- 算法語言源程序代碼通過一種自動化的工具，即編譯程序翻譯成為針對一種CPU可識別的CPU指令集的匯編語言符號，再轉換為二進制編碼的機器語言指令格式。
OS 上應用編程問題
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算法設計：
- 無需重點關注編碼、類型、字節順序、運算溢出及精度等限制，也可不細究運算和存貯訪問次數對程序效率的影響。
- 依據問題特性選擇迭代或遞歸算法，部分算法可能突破 OS 極限。
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語句組織：
- 忽略命名唯一性（全局 / 局部變量、函數）、語句編譯或解釋后機器指令的差異對程序運行效率的影響。
- 未注意相同運算因參與類型不同，可能導致機器指令實現功能錯誤。
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運行訪問：
- 變量按類型和大小分配字節，地址連續編址，需先分配后訪問，避免使用失效、超量或跨區地址，防止污染函數地址或返回地址，引發程序失控、效率低等問題。
- 中斷處理可能插入語句（機器指令組）中，引發主程序運行狀態保護問題。
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