计算机操作系统——一、操作系统引论

一、操作系统引论

操作系统（Operating System，OS）是配置在计算机硬件上的第一层软件，是对硬件系统的首次扩充。其主要作用是管理好这些设备，提高他们的利用率和系统的吞吐量，并未用户和应用程序提供一个简单接口，便于用户使用。

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1. 操作系统的目标和作用

1.1 操作系统的目标

• 方便性
• 有效性
• 可扩充性
• 开放性

1.2 操作系统的作用

• OS 作为用户与计算机硬件系统之间的接口
• OS 作为计算机系统资源的管理者
• OS 实现了对计算机资源的抽象

1.3 推动操作系统发展的主要动力

• 不断提高计算机资源利用率
• 方便用户
• 器件的不断更新换代
• 计算机体系结构的不断发展
• 不断提出新的应用需求

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2. 操作系统的发展过程

2.1 无操作系统的计算机系统

• 人工操作方式
  1. 用户独占全机
  2. CPU 等待人工操作。
• 脱机输入/输出方式
  1. 减少了 CPU 的空闲时间。
  2. 提高了I/O 速度。

2.2 单道批处理系统

Created with Raphaël 2.2.0 开始 还有下一个作业？ 把下一个作业的源程序转换为目标程序 源程序有错吗？ 重新开始 装配目标程序 运行目标程序 停止 yes no yes no

	单道批处理系统的缺点是，系统中的资源得不到充分的利用。这是因为在内存中仅有一道程序，每逢该程序再运行中发出 I/O 请求后， CPU 便处于等待状态，必须在 I/O 完成后才继续进行。

2.3 多道批处理系统

2.3.1 多道批处理系统的优缺点

1. 资源利用率高
2. 系统吞吐量达
3. 平均周转时间长
4. 无交互能力

2.3.2 多道批处理系统需要解决的问题

1. 处理机争用问题。

2. 内存分配和保护问题。

3. I/O 设备分配问题。

4. 文件的组织和管理问题。

5. 作业管理问题。

6. 用户与系统的接口问题。

    我们把操作系统定义为：操作系统是一组能有效地组织和管理计算机硬件和软件资源，合理地对各类作业进行调度，以及方便用户使用的程序的集合。
   

2.4 分时系统

为了解决批处理系统无法进行人机交互的问题，并使多个用户能同事使用昂贵的主机资源，又引入了分时系统。
分时系统是指，在一台主机上链接有多个配有显示器和键盘的终端，同时允许多个用户通过自己的终端以交互方式使用计算机，共享主机中的资源。

分时系统的特征：

• 多路性
• 独立性
• 及时性
• 交互性

2.5 实时系统

实时系统是指系统能及时响应外部事件的请求，在规定的时间内完成对该事件的处理，并控制所有实时任务协调一致的运行。

实时任务的类型：

1. 硬实时任务
2. 软实时任务

实时系统的特征：

• 多路性
• 独立性
• 及时性
• 交互性
• 可靠性

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3. 操作系统的基本特征和功能

3.1 操作系统的基本特征

1. 并发性

2. 共享性

3. 虚拟性

4. 异步性

    并发性是指两个或多个时间在同一时间间隔内发生。与并发性相似的另一个概念是并行性，它是指两个或多个事件在同一时刻发生。可见并行性具有并发的含义，但并发并不一定具有并行性。
    
    所谓进程，是指在系统中能独立运行并作为资源分配的基本单位，它是由一组机器指令、数据和堆栈等组成的，是一个能独立运行的活动实体。
   

3.2 操作系统的功能

1. 处理机管理
   1. 进程控制
   2. 进程同步
   3. 进程通信
   4. 进程调度
2. 存储器管理
   1. 内存分配
   2. 内存保护
   3. 地址映射
   4. 内存扩充
3. 设备管理
   1. 缓冲管理
   2. 设备分配
   3. 设备处理
4. 文件管理
   1. 文件存储空间的管理
   2. 目录管理
   3. 文件的读写管理和保护
5. 友好的用户接口
   1. 用户接口
   2. 程序接口
6. 现代操作系统的新功能
   1. 系统安全
   2. 网络的功能和服务
   3. 支持多媒体

4. 操作系统的结构设计

• 无结构 OS
• 模块化结构 OS
• 分层式结构 OS
• 微内核结构 OS

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