01. 操作系统之概述及发展

1. 操作系统概述

操作系统定义

• 操作系统是管理计算机硬件和软件资源的计算机程序，管理配置内存、决定资源共需顺序、控制输入输出设备等、操作系统提供让用户和系统交互的操作界面

操作系统的基本功能

• 操作系统统一管理计算机资源(处理器资源、存储器资源、IO设备资源、文件资源)
• 用户无需面向硬件接口编程、IO设备管理软件、提供读写接口、文件管理软件，提供操作文件接口
• 操作系统提供了用户与计算机之间的接口(图像窗口形式、命令形式、系统调用形式)

操作系统的相关概念

• 并发性:
  1. 并行是指两个或多个事件可以在同一时刻发生（由于一个CPU同时只能处理一个程序，宏观并发，微观程序交替运行）
  2. 并发是指两个或多个事件可以在同一时间间隔发生（如果有多个处理器，可实现并行）

• 共享性
  1. 共享性表现为操作系统中内存资源可供多个并发的进程共同使用，这种形式称之为资源共享
  2. 互斥共享性，当A程序被占用时，其他想使用只能等待(例:打印机)
  3. 同时访问形式，某种资源在一段时间内并发被多个程序访问，这种“同时”是宏观的，从宏观上看该资源可以被同时访问

• 虚拟性
  1. 虚拟性表现为把一个物理实体转变为若干个逻辑实体
  2. 物理实体是真实存在，逻辑实体是虚拟性
  3. 虚拟机的技术主要有时分复用技术和空分复用技术
  4. 时分复用技术: 资源在时间上进行复用，不同程序并发使用，多道程序分时使用计算机上的硬件资源
  5. 空分复用技术: 空分复用技术用来实现虚拟磁盘、虚拟内存、在逻辑上扩大程序的存储容量/内存，提高资源的利用率，提升编程效率, 将物理磁盘虚拟为逻辑磁盘C、D、E

• 异步性
  1. 在多道程序环境下，允许多个进程并发执行，进程在使用资源时可能需要等待或放弃

5. 多道程序设计
   • 多道程序设计是指在计算机内存中同时存放多个程序
   • 多道程序在计算机的管理程序之下相互穿插运行

2. 操作系统的发展过程

无操作系统的计算机系统

• 用户独占全机，资源利用率滴
• CPU等待用户，通过人工卸取纸带、卡片

单道批处理系统

• 单道性，内存中只有一道程序运行CPU和IO，对计算为主的作业，外设空间; 对I/O为主的作业，CPU空闲
• 顺序性，磁带上的各道作业是顺序地进入内存

多道批处理系统

• 多道性，同时存放多个作业，并允许并发执行
• 无序性，多个作业完成的先后顺序与他们进入内存的顺序之间无严格对应关系
• 调度性，从后备队列进入内存，进程调度，分配处理机运行
• 宏观上并发，微观上串行，cpu只能同时运行一个程序

分时系统

• 在一台计算机上连接多个带有显示器和键盘的终端，同时允许多个用户共享主机中的资源
• 多路性，宏观上多个用户同时工作，微观上多个终端轮转时间片
• 独立性，各个用户互不干扰
• 及时性，用户请求尽快响应(2~3秒)，不一定及时

实时系统

• 多路性，表现为对多个对象的信息采集和控制
• 独立性，表现为对多个对象的互不干扰（温度、压力采集）
• 及时性，规定时间内响应外部事件

网络操作系统

• 在操作系统的基础之上增加网络功能实现的，通过网络协议，实现多个计算机通信和资源共享
• 网络OS的模式分为两类：
  （1）客户/服务器(C/S)模式
  （2）对等模式，各站点是对等的，既是“客户”，又是“服务器”

分布式操作系统

• 由多个分散的处理单元经互联网络的连接而形成的系统