操作系统引论

第一章 操作系统引论

​ 操作系统（Operating System, OS）使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。其主要作用使管理好这些设备，提高他们的利用率和系统吞吐量，并为用户和应用发程序提供一个简单的接口，便于用户使用。

1.1 操作系统的目标和作用

​ 操作系统的目标与引用环境有关。例如在查询系统中所用的OS，希望能提供良好的人—机交互；对于应用于工业控制、武器控制以及多媒体环境下的OS，要求器具有实时性；而对于微机上配置的OS，则更看重的是其使用的方便性。

1.1.1操作系统的目标

​ 在计算机上配置操作系统，其主要目标是：方便性、实时性、可扩充性和开放性。

1、方便性

​ 一个未配置OS的计算机是及其难使用的。用户如果想直接在计算机硬件（裸机）上运行自己所编写的程序，就必须用机器语言书写程序。但如果在计算机上配置了OS，系统便可以使用编译命令将用户采用的高级语言书写的程序编译成机器代码，或者直接通过OS所提供的各种命令操纵计算机系统，极大地方便了用户，使计算机变得易学易用。

2、有效性

​ 有效性所包含的第一层含义是提高系统资源的利用率。在早期未配置OS 的计算机系统中，注入处理机、I/O设备都经常处于空闲状态，各种资源无法得到充分利用，所以在当时，提高系统资源利用率，是推动OS发展最主要的动力。有效性的另一层含义是，提高系统的吞吐量。OS可以通过合理地组织计算机的工作流程，加速程序运行，缩短程序的运行周期，从个人提高系统的吞吐量。

​ 方便性和有效性是设计OS的两个重要目标。在过去很长一段时间内，由于计算机非常昂贵，有效性显得特别重要。然而，近十多年来，随着硬件越来越便宜，在设计配置在微机上的OS时，似乎更加重视如何提高用户使用计算机的方便性了。因此，在微机操作系统中都配置了深受用户喜爱的图形用户界面，以及为程序员提供了大量的系统调用，方便了用户对计算机的使用和编程。

3、可扩充性

​ 为适应计算机硬件、体系结构以及计算机应用发展的要求，OS必须具有很好的可扩充性。可扩充性的好坏与OS的结构有着十分紧密的联系，由此推动了OS结构的不断发展：从早期的无结构发展成模块化结构、进而又发展成层次化结构，近年来OS已广泛采用了微内核结构。微内核结构能方便地添加新的功能和模块，以及对原有的功能和模块进行修改，具有良好的可扩充性。

4、开放性

​ 随着计算机应用的日益普及，计算机硬件和软件的兼容性问题便提到了议事日程上来。世界各国指定一系列的软、硬件标准，使得不同厂家按照标准生产的软、硬件都能在本国范围内很好的相互兼容。这无疑给用户带来了极大的方便，也给产品的推广、应用铺平了道路。近年来，随着Internet的迅速发展，使计算机OS的应用环境由单机环境转向了网络环境，其引用环境就必须更为的开放，进而对OS的开放性提出了更高的要求。

​ 所谓开放性，是指系统能遵循世界标准规范，特别使遵循开放性系统互联OSI国际标准。事实上，凡遵守国际标准所开发的硬件和软件，都能彼此兼容，方便地实现互连。开放性已成为20世纪90年代以后计算机技术的一个核心问题，也是衡量一个新推出的系统或软件能否被广泛的应用的至关重要的因素。

1.1.2 操作系统的作用

用户、资源管理及资源抽象

1、OS作为用户与计算机硬件系统之间的接口

2、OS作为计算机系统资源的管理者

处理器：分配和控制处理机

存储器：内存的分配二号回收

I/O设备：负责I/O设备的分配与操纵

文件：实现对文件的存取、共享、保护

3、OS实现了对计算机资源的抽象

物理接口—实现细节有充分的了解—物理机器难以广泛推广使用