操作系统原理知识点（第一章 操作系统引论）

操作系统（OS）是计算机系统的核心系统软件，负责控制和管理整个系统，使之协调工作。

什么是操作系统？

概念1：
操作系统是一个系统软件，它管理计算机系统中的软件和硬件资源，在计算机硬件和用户之间起到一个接口作用。
☆概念2☆：
一组控制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的程序集合。

操作系统的主要目标：

1. 方便性（针对用户——自顶向下）
2. 有效性（针对硬软件——自底向上）：使计算机的各类资源在系统的管理下得到更有效的利用，提高系统吞吐量。
3. 可扩充性
4. 开放性

操作系统的作用：

1. 作为用户与计算机硬件系统之间的接口
2. 作为扩充机器

3. 作为计算机系统资源的管理者：
处理机管理：分配和控制处理机
存储器管理：分配及回收内存
I/O设备管理：I/O的分配与操作
文件管理：文件存取、共享和保护

虚拟机示意图
（虚拟机定义：指通过软件模拟的具有完整硬件系统功能的、运行在一个完全隔离环境中的完整计算机系统。）

操作系统的发展过程

1. 人工操作方式：人机矛盾非常突出
用户独占全机及CPU，等待人工操作。硬件昂贵，没有操作系统。

2. 批处理系统：不具有交互性
批处理是指用户将一批作业提交给操作系统后就不再干预，有操作系统控制它们自动运行。
批处理系统又分为单道批处理系统和多道批处理系统。
单道批处理系统（自动性、顺序性、单道性）：系统对作业的处理都是成批进行的且内存中始终只保持一道作业。
多道批处理系统（多道性、无序性、调度性）：系统中同时驻留多个作业。
优点：作业流程自动化；效率高，吞吐量高
缺点：无交互，调试程序困难

3. 分时系统（多路性、交互性、独立性、技术性）
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，共享主机资源。
引入文件系统，使用户可存取数据。
作业直接进入内存；采用轮转运行方式，引入时间片的概念（操作系统将CPU的时间划分为若干个片段，成为时间片）作业每次只能运行一个时间片。
相应时间：从终端发出命令到系统给予回答所经历的时间。
多路性：允许多个用户共享一台计算机。
      宏观上：各用户并行工作
      微观上：各用户轮流使用计算机  
交互性：用户根据系统响应结果，进一步向系统提出新请求。（因而又称为交互式系统）
独立性：用户之间可以相互独立操作，互不干扰，系统保证各用户程序运行完整性。
及时性：系统可对用户的输入及时作出响应。

4. 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地运行。
充分利用人和时间；增强文件系统；响应时间、保护更为重要。

实时系统与分时系统特征的比较

操作系统的基本特征：

并发和共享是OS的两个最基本特征。
1. 并发
并行：两个或者多个事件在同一时刻发生。
并发：两个或者多个事件在同一时间间隔内发生。
进程：系统中能独立运行并作为资源分配的基本单位。

2. 共享
系统中资源可供内存中多个并发执行的进程共同使用。
互斥共享：一段时间只允许一个进程访问该资源。
同时访问：允许同一时间内多个进程对资源进行访问。

3. 虚拟：通过某种技术把一个物理实体变为若干个逻辑上的对应物

4. 异步：运行进度不可预知。

操作系统的主要功能：

处理机管理功能（进程控制、进程同步、进程通信、调度）
存储器管理功能（内存分配、内存保护、地址映射、内存扩充）
设备管理功能（缓冲管理、设备分配、设备处理、设备独立性、虚拟设备）
文件管理功能（文件空间管理、目录管理、I/O管理、存取控制）
用户接口管理功能（命令接口、程序接口、图形接口）

操作系统的结构设计

无结构、模块式、层次式、微内核