操作系统-（第一章上）

1.计算机系统的概述

定义·：操作系统（Operating,OS）是指控制和管理整个计算机系统的硬件和软件资源（1.操作系统是系统资源的管理者），并合理地组织调度计算机的工作和资源的分配；以提供用户和其他软件方便的接口和环境（2.向上层提供方便易用的服务）；它是计算机系统重最基本的系统软件（3.是最接近硬件的一层软件）。

1.1操作系统的功能和目标

作为系统资源的管理者

过程（实际的例子）

本书的核心就是如此，以操作系统提供的功能为出发点：第二章讲处理机管理、第三章讲存储器管理、第四章讲文件管理、第五章讲设备管理。 

根据定义—向上层提供方便易用的服务

->封装思想：操作系统把一些丑陋的硬件功能封装成简单易用的服务，使用户能更方便地使用计算机，用户无需关心底层硬件的原理，只需要对操作系统发出命令即可。

->GUI（图形化用户接口）：用户可以使用形象的图形界面进行操作，而不再需要记忆复杂的命令、参数。

->联机命令接口=交互式命令接口（用户说一句，系统跟着做一句）

->脱机命令接口=批处理命令接口（用户说一堆，系统跟着做一堆）

 ->程序接口：可以在程序中进行系统调用来使用程序接口。普通用户不能直接使用程序接口，只能通过程序代码间接使用。

系统调用=广义指令

系统调用（后面会专门讲到）：类似于函数调用，是应用程序请求操作系统服务的唯一方式。

针对作为最接近硬件的层次

需要对硬件机器的扩展，把覆盖了软件的机器成为扩充机器，又称为虚拟机。 

1.2总览 

也可以说是通过接口来连接知识。

 

 2.操作系统的发展与分类

2.1操作系统的特征

并发和共享式操作系统的最基本特征，二者互为存在条件

并发：两个或多个事件在同一时间间隔发生。这些事件宏观上是同时发生的，但微观上是交替发生的。

并行：两个或多个事件在同一时刻发生。

操作系统的并发行是指计算机系统中同时存在多个运行的程序。因此它具有处理和调度多个程序同时执行的能力。单处理机环境下操作系统的并发性是通过分时得以实现的。

并行性需要有相关硬件的支持，如多发射技术或多处理机硬件环境。

区别：

•  单核CPU同一时刻只能执行一个程序，各个程序只能并发执行。
• 多核CPU同一时刻可以同时执行多个程序，多个程序可以并行执行。

共享
①共享即资源共享，是指系统中的资源可供内存中多个并发执行的进程共同使用。

互斥共享方式。一段时间内只允许一个进程访问，如打印机、磁带机。此外还有变量、数据（如：公用队列）把一段时间内只允许一个进程访问的资源称为临界资源。

同时共享方式。典型的是磁盘设备。宏观上可以同时共享，微观上交替共享，即分时共享。

②有些私有数据仅供一个进程使用。

③共享程序段，是可重入代码，也称纯代码，可以被多个程序同时访问。

虚拟
虚拟是指把一个物理上的实体变为若干个逻辑上的对应物。物理实体（前者）是实际存在的，而逻辑上对应物（后者）是用户感受到的。

• 时分复用技术：如处理机的分时共享。
• 空分复用技术：如虚拟存储器。 

一个程序放入系统，必须分配CPU才能执行。 

异步
异步是指，在多道程序环境下，允许多个程序并发执行，但由于资源有限，进程的执行不是一贯到底的，而是走走停停，以不可预知的速度向前推进，这就是进程的异步性。

显然，没有并发性就谈不上虚拟性和异步性。

2.2发展进程

重点关注和理解各类操作系统主要想解决的是什么问题，各自的优缺点。

->手工操作阶段

用户在计算机上算题的所有工作都要人工干预，如程序的装入、运行、结果的输出等。

缺点：

1. 用户独占全机
2. 人机速度矛盾导致资源利用率极低。

->批处理阶段—单道批处理系统。

批处理系统是为了解决手工操作的问题：人机矛盾及CPU和I/O设备之间速度不匹配的矛盾。 

引入脱机输入/输出技术（用外围机+磁带完成），并由监督程序负责控制作业的输入、输出。

主要特征：

• 自动性：在顺利的情况下，磁带上的一批作业能自动地逐个运行，而无需人工干预。
• 顺序性：磁带上的各道作业顺序地进入内存，先调入内存的作业先完成。
• 单道性： 内存中仅有一道程序完成或发生异常情况时，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，才换入其后继程序进入内存运行。

优点：一定程度上缓解了人机速度矛盾，资源利用率有所提升。

缺点：内存中仅能有一道程序运行，只有该程序运行结束后才能调入下一道程序。CPU有大量的时间是在空闲I/O完成。资源利用率依然很低。

->多道批处理系统

为解决内存只有一道程序进行，并且资源利用率，CPU的大量空闲时间。

特点：多道、宏观上并行、微观上串行。

1. 多道。计算机内存中同时存放多道相互独立的程序。
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，但都未运行完毕。
3. 微观上串行。内存上中的多道程序轮流占有CPU，交替执行。

主要优点：多道程序并发进行，共享计算机资源。资源利用率大幅提升，CPU和其他资源更能保持“忙碌”状态，系统吞吐量增大。

主要缺点：用户响应时间长，没有人机交互功能（用户提交自己作业之后就只能等待计算机处理完成，中间不能控制自己的作业执行）。 

->分时操作系统

为解决人机交互问题。

分时操作系统：计算机以时间片为单位轮流为各个用户/作业服务，各个用户可以通过终端与计算机进行交互。

特点 ：

1. 同时性（多路性）：允许多个终端用户同时使用一台计算机。
2. 交互性：用户通过终端采用人机对话的方式直接控制程序运行，与同程序进行交互。
3. 独立性：系统中多个用户可以彼此独立地进行操作，互不干扰，单个用户感觉不到别人也在使用这台计算机，好像只有自己单独使用这台电脑一样。
4. 及时性。用户能在很短时间内获得响应。（这地方与实时区分）

缺点：不能优先处理一些紧急任务。操作系统对各个用户/作业完全公平的，循环地为每个用户/作业服务一个时间片，不区分任务的紧急性。

->实时操作系统

解决了区分任务的紧急性。

主要优点：能够优先响应一些紧急任务，某些紧急任务不需时间片排队。

概念：在实时操作系统的控制下，计算机系统接受到外部信号后及时进行处理，并严格在规定的时刻完成。

特点:

1. 及时性
2. 可靠性

分类：

 

->其他操作系统