操作系统 清华大学 向勇 （一）绪论

index: 
1-2 什么是操作系统  
1-3 为什么学习OS  
1-4 怎么学习操作系统  
1-5 操作系统实例  
1-6操作系统历史  

1-7操作系统的结构

1-2 什么是操作系统

1.没有清晰的定义，主要实现2个功能：○1管理，支持应用软件，○2调用分配资源
2.层次在硬件之上，应用程序之下。
3. a. Shell linux,windows, b. android的界面 如gui

4. c. Kernel 内核 是操作系统的重点，功能包括4部分：
    CPU（CPU调度，进程，线程管理） 
    内存（物理内存，虚拟内存）
    文件 disk（磁盘块），较为底层，抽象为文件系统 （文件系统管理）
    中断处理和外设设备驱动

 Kernel 的特征：
1.  并发：多个运行的程序需要OS管理和调度
     ---并发：在一段时间内有多个程序可以运行
     并行：在一个时间点上有多个程序 需要有多个cpu
2.  共享：a分时，b互斥共享。同时对一个资源只有一个程序可以访问，也可以通过隔离成两块，达到“同时”访问
3.  虚拟：操作系统面对的是硬件。将CPU虚拟化成进程，磁盘虚拟化成文件，内存—>虚拟空间，每个应用程序/用户觉得有一个 计算机专门为他服务
4.  异步：一个CPU的情况下，只能有一个程序在跑，程序的执行不是一贯到底，而是走走停停，但只要运行环境相同，OS保证程序运行的结果相同。

1-3 为什么学习OS

1. OS是一门综合课程，基础包括程序语言，数据结构，算法，计算机体系结构，所以放在后面学习。学概念，原理，源代码，自己实现。
2.操作系统很powerful  很底层 很cool 
3.只要做大型系统软件的开发，就绕不开。
4.操作系统是计算机科学研究的基石之一。
5.顶级会议，SOSP，USENIX。
为什么操作系统很cool很重要？
a.代码量巨大，Windows xp 4500万行；
b.并发，异步，使编程很容易出错；
c.管理原始硬件，应对非法行为，时间依赖；
d.核心，代码要求高效可靠，低耗，稳定性强（系统安全）

课本滞后：并发和调度算法，只是操作系统的一小部分，I/O磁盘调度，已经交给硬件去管理，进程调度，磁盘调度已经是关注度比较小的点了。

到底研究什么？从系统和全局上，权衡时间/cpu和空间/内存，性能和可预测性，公平地使用资源。硬件底层的处理。

1-4怎么学习操作系统？

coding和读代码

 1-5操作系统实例

1.Unix家族 UNIX BSD（伯克利软件发行版） 写C的那俩 
BSD由伯克利在UNIX基础上改编，尤其网络协议方面有独到之处。 
开源，产业界。惠普，苹果

2.linux家族 一个学生搞出来的 红帽子，deforo ，suse 
安卓终端是linux内核，移动端占据最多

3.dos-> windows家族 桌面龙头 服务器和终端是linux最大 
用户友好

1-6操作系统历史

1.早期只是监控器和加载作用，纸带机上输入-计算-输出，串行过程
2.CPU高速了，顺序执行，批处理，并发的特征
3.内存容量大，CPU执行多个程序，重用CPU，减少i/o开销，多道程序来回切着跑
4.为了和用户交互，提出分时系统。程序A占用千分之一秒，程序B占用千分之一秒，使用户认为自己“独享”一台机器。外设时钟定期产生time interrupt 
5.CPU 晶体管 越来越便宜，个人电脑操作系统，硬件价格在下降，性能提升一倍，价格下降一倍，逐渐转成了用户界面和api，很多需求都转变了。
6.2个趋势，一个是集成电路发展越来越快，一个cpu中集成多个cpu核，普遍是多核多处理；二是网络得到飞速发展，分布式操作系统，很多操作放到数据中心完成，前端->后端，松（通过internet交互，及时有效）、紧耦合（数据中心，紧密的集成系统完成计算）
7.之后会怎么样？会有更多的嵌入式设备，多个服务一个人，主机型计算->普适性计算，多个计算机围绕着一个人服务

1-7操作系统的结构

早期简单，MS-DOS，没有模块化，汇编语言 
UNIX面对的是服务器，有layer的概念，C语言，可移植 
微内核的设计，尽量把内核缩小，文件和网络之类都放到外围，通过消息传递来耦合（松耦合）内外界，可扩展。但性能下降了。学术界还有一种，内核分两块，一块处理硬件，完成复制，称为exokernel即外核，另一块为内部OS，和具体应用打交道。因为应用和内部OS是紧耦合，速度会快。 
虚拟机 VMS 跑在传统OS之下，在一台物理机器下，每个虚拟机接口是一个原始计算机系统的由副本并完成所有的处理器指令。 
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|—vm1—| ..   |—vm9—| 
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———虚拟机监视器—— 
          物理机硬件

CPU越来越强，硬件能力过剩，

1-8 第一课小结 

课程概述，操作系统是什么，为什么要学，咋学，实例，历史演变，结构设计