操作系统由哪些组件构成

学习目标：
计算机系统由哪些组件组成？

计算机系统的组成：
计算机硬件：
处理器、存储器、I/O设备、系统总线。

计算机软件：  操作系统，操作系统上的应用软件。 

程序执行流程：
该程序由一组存储在存储器中的指令组成。程序的执行是一个持续的指导执行过程。
指令的执行是装配线操作。就单个指令而言，一个指令首先存储在地址中PC寄存器，然后取出并存储在指令寄存器中，最后执行。但总的来说，当一个指令存储在指令寄存器中时，其下一个指令的地址被保存到PC寄存器。这个保存地址，用指令存储在指令寄存器中，同时执行三个动作。

指令行为分类：
该指令的行为大致可分为四类：数据传输、处理器和存储器之间的处理器I/O数据传输、数据相关算术操作或逻辑操作、控制程序行为。

操作系统的目标和功能：
目标：
方便：使计算机更容易使用。
有效性允许以更有效的方式使用计算机系统资源。
扩展能力：允许在不妨碍原有服务的前提下有效地开发、测试和引进新的系统功能。
功能：
程序开发：如编辑器和调试器，帮助程序员开发程序。
程序运行：在程序运行过程中提供环境，包括将指令和数据加载到内存和初始化I/O设备、文件等。
I/O设备访问：每个I/O设备的操作需要自己独特的指令集或控制信号，操作系统隐藏这些细节，并提供统一的读写控制接口。
文件访问控制：隐藏存储介质中文件数据的结构细节，提供简单统一的访问控制方法。拒绝不安全和未经授权的访问。
系统访问：对于一些特殊的系统资源和公共资源，操作系统必须保护资源访问，解决资源竞争中的冲突。
错误检测和响应：计算机系统在运行过程中可能会出现各种错误。操作系统必须提供响应，以消除错误条件，以尽量减少对正在运行的应用程序的影响。
簿记：一个良好的操作系统可以收集各种资源的利用率统计数据，监控响应时间等性能参数，以调整和改进操作系统的功能。

设计和实现操作系统的四个关键领域：
1.进程：
设计过程的目的是更好地实现多个程序设计、分时和实时事务处理系统。
过程是指计算机系统分配资源的最小单位，是计算机中正在运行的程序的实例。
过程的组成部分：程序实体、所需的相关资源和上下文的执行。其中，上下文的执行是操作系统管理过程的基础，由操作系统直接管理。一般包括各种处理器寄存器的内容、操作系统使用的信息（如过程优先级和过程是否等待特定信息I/O事件）。
2.内存管理：
为了支持模块化程序设计，操作系统需要有效有序地控制存储分配。
内存管理有五个责任:过程隔离、自动分配和管理、模块化程序设计、保护和访问控制、长期存储。
在典型情况下，操作系统使用虚拟存储和文件系统来实现内存管理。
三、信息保护与安全：
与操作系统相关的安全和保护问题可分为以下四类：保护系统不被打断，用户不能读取未经授权的数据，保护数据不被修改，用户身份的正确认证和数据的合法性认证。
4.调度和资源管理：
资源分配和调度策略需要考虑的三个因素：提供几乎相同和公平的访问机会，根据实际情况动态决策，获得最大的吞吐量和最小的响应时间。
实现调度：操作系统维护人员的多个队列。可以随时准备在短程队列中存储的过程，以及在长程队列中存储等待过程内存的过程。如果操作过程等待某个事务处理，则进入相应的事务处理等待过程。
从短程队列中选择进程执行策略：1.时间片轮状技术；2.优先调度。

操作系统核的典型功能：
流程管理：
创建和终止过程。
调度和分配过程。
进程切换。
进程同步和支持进程间通信。
管理过程控制块。
内存管理：
地址空间分配给过程。
内存交换。
管理内存页和段。
I/O管理相关：
缓冲区管理。
给进程分配I/O通道及设备。
支持功能：
中断处理。
记账。
监视。

linux内核组件：
Signal：内核通过信号通知过程。
系统调用：通过系统调用要求系统服务。
过程与调度器：创建、管理、调度过程。
虚拟内存：为进程分配和管理虚拟内存。
文件系统：为文件、目录等文件相关对象提供全球、分层次的命名空间，提供文件系统函数。
网络协议：用户TCP/IP协议套件提供套接字接口。
字符设备驱动：管理一次向内核发送或接收字节数据的设备。
块设备驱动：管理以块为单位向内核发送和接收数据的设备。
网络设备驱动：管理网络接口卡和通信端口；连接到网桥或路由等网络设备。
陷阱与错误：处理CPU陷阱和错误。
物理内存：管理实际内存中的内存页面，并为虚拟内存分配内存页面。
中断:处理外设的中断。