操作系统概述

    一、操作系统基本概念

操作系统是控制和管理整个计算机系统的硬件和软件资源，并合理地组织调度计算机的工作和资源的分配，以提供用户和其他软件方面的接口和环境的集合。

它的基本特征：并发、共享、虚拟、异步。其中，并发和共享是操作系统两个最基本的特征，两者互为存在条件：①资源共享是以程序的并发为条件的，若系统不允许程序并发的执行，则自然就不存在资源共享的问题了；②若 系统不能对资源共享实施有效的管理，也必将影响到程序的并发执行能力，甚至根本无法并发执行。

并发与并行的区别：

并发是指两个或者多个事件在同一时间间隔内发生。

并行是指两个或者多个事件在同一时刻地发生。

在多道程序环境下，宏观上有多道程序在同时执行，而在每一时刻，单处理机的环境下仅能有一道程序执行，所以微观上这些程序还是分时地交替执行。

操作系统作为计算机系统资源的管理者主要包括：

处理机管理

存储器管理

文件管理

设备管理

1.1 共享

共享，是指系统中的资源可以供内存中多个并发执行的进程共同使用。

共享可以分为两种方式:

互斥共享方式     指的是一段时间内只允许一个进程访问某一资源，其他进程若想访问该资源，就必须等到该进程使用完毕后，才能请求使用该资源。我们把一段时间内只允许一个进程访问的资源成为临界资源。计算机中大多数的物理设备，以及某些软件中所使用的栈、变量等都属于临界资源，它们只能互斥的被访问。

同时访问方式     指的是一种资源允许在一段时间内由多个进程同时对它进行访问，這里所谓的同时，往往是宏观上的，而在微观上，这些进程可能是交替地对该资源进行访问。典型的实例，磁盘设备。

1.2 异步

在多道环境下，允许多个进程并发执行，但是由于资源有限，进程的执行不是一贯到底，而是走走停停，以不可预知的速度向前推进，這就是进程的异步。

 

二、 操作系统的发展与分类

2.1 手工操作阶段（此阶段无操作系统）

计算机所有的运算都需要人工干预。缺点：①用户独占全机；②CPU等待手工操作。

2.2 批处理阶段（操作系统开始出现）

为了解决人机矛盾及CPU和I/O设备之间速度不匹配的矛盾，出现了批处理系统。

单道批处理系统

作业是成批进行，但内存中始终保持一道作业。

  特点：自动性、顺序性、单道性。

存在问题:CPU利用率低

多道批处理系统

允许多个程序同时进入内存并运行。即同时把多个程序放入内存，并允许他们交替在CPU中运行。当一道程序因I/O请求而暂停运行时，CPU便立即转去运行另一道程序。

特点：多道、宏观上并行、微观上串行。

存在问题：如何分配处理器？多道程序的内存分配问题？I/0设备如何分配？如何组织和存放大量的程序和数据，以便于用户使用和保证其安全性和一致性？

2.3分时操作系统

关键在于如何是用户能与自己的作业进行交互。

特点：同时性、交互性、独立性、及时性。

2.5实时操作系统

主要特点是及时性和可靠性