操作系统-操作系统的概述

知识要点：

1、计算机基本构成、处理器的内部结构、高速缓冲存储器CACHE；

2、操作系统的概念、演变历程、特性、分类、运行环境、功能；

3、存储器的层次结构。

操作系统的定义：控制和管理整个计算机系统硬件和软件资源并合理组织调度计算机的工作与资源分配，以提供给用户和其他软

方便的接口和程序集合，是计算机系统中最基本的系统软件；

操作系统的演变历程：1、未配置操作系统；2、单道批处理；3、多道批处理；4、分时系统；5、实时系统

各个时期解决的问题：批处理操作系统解决CPU与I/O设备速度不匹配（内部是进一步提高资源利用率）

                                    分时操作系统实现用户与系统的交互性

                                    实时操作系统实现完成任务的及时性与可靠性

操作系统的特性（特征）：并发、共享、虚拟、异步；（蓝色字体为两个为基本的特征）

名词	解释
并发	两个或多个事件在同一时间间隔内发生；
共享	系统内的资源可以被并发执行的进程共同使用 共享分为互斥共享与同时访问两种；
虚拟	把一个物理上的实体变为若干个逻辑上的对应物 实体是客观存在的，后者的对应物是虚的是用户 感觉上的事物；
异步	进程以不可预知的速度向前推进，并不是一贯到底的；

操作系统的功能：处理机管理、存储器管理、设备管理、文件管理、作为操作系统与用户之间的接口；

                            （用户使用计算机的两种方式：命令接口{联机命令(交互式)、脱机命令接口(批处理)}、系统调用(广义指令)

                               通过程序使用系统调用命令来请求操作系统为其提供服务）

                             提高资源利用率和系统吞吐量；

操作系统的运行环境：划分为核心态和用户态（用户程序工作范围）；

                                    核心态指令包括：时间管理、中断机制、原语；

一道例题：

有两个程序A、B程序，A依次使用CPU 10s，依次使用甲设备5s，使用CPU 5s，使用设备乙10s，使用CPU 10s；程序B

依次使用设备甲10s，使用CPU 10s，使用设备乙5s，使用CPU 5s，使用设备乙10s，优先执行程序A在执行程序B，分别

计算在单道和多道操作系统下的CPU利用率。

解题方法：甘特图法观察图像用CPU利用时间/总工作时间=CPU的利用率；

对于单道操作系统一次完成一个任务

所以CPU利用率为各自任务CPU利用时间/(各自任务CPU利用时间+各自任务利用外设时间)

10+5+10+10+5=40 (CPU利用时间)

5+10+10+5+10=40 (外设利用时间) 所以CPU利用率为50%

对于多道操作系统，某一进程利用外设时间，另一个进程可以使用CPU，即CPU与外设并行执行；

其CPU利用率为占用CPU时间/进程真实完成时间；

在A利用CPU 10s时、B可以使用设备甲10s，A使用设备甲5s时、B可以使用CPU 10s（谁先占用CPU谁先使用，一直到任务结

束）此时到达时间节点20s，A利用CPU 5s、B运用设备乙5秒，到达时间节点25s；A使用设备乙10s、B使用CPU 5s，此时到达

时间节点35s；A使用CPU 10s、B使用设备乙10s；最终A与B在45s结束任务；

CPU利用时间为40s，所以CPU利用率为89%

在甘特图中如果各个占用线是连续的则此进程在运行过程中无等待现象，否则就有等待现象，即等待现象发上在间断处；