计算机操作系统第一章
计算机操作系统第四版汤小丹笔记
- 第一章 操作系统引论
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- 1.1 操作系统的目标和作用
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- 1.1.1操作系统的目标
- 1.1.2操作系统的作用
- 1.1.3推动操作系统的主要动力（为什么要发展操作系统）
- 1.2 操作系统的发展过程
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- 1.2.1未配置操作系统的计算机系统
- 1.2.2配置操作系统的计算机系统
- 1.3 操作系统的基本特征
- 1.4 操作系统的主要功能
第一章 操作系统引论
OS的定义：操作系统是直接控制和管理计算机硬件，软件资源，合理地对各类资源进行调度，以方便用户使用的程序集合
1.1 操作系统的目标和作用
1.1.1操作系统的目标
1. 方便性
（1）便于用户使用
2. 有效性
（1）提高系统资源的利用率
（2）提高系统的吞吐量
3. 可扩充性
（1）可以对原有的模块进行修改和添加
4. 开放性
（1）操作系统可以兼容不同厂家生产的硬件
1.1.2操作系统的作用
1. OS作为用户与计算机硬件系统之间的接口
（1）用户调用计算机的三种方式：
1. 系统调用
2. 命令操作系统
3. 图标——窗口
2. OS作为计算机系统资源的管理者。
（1）管理类型：
1.硬件
（1）CPU 处理机管理
（2）内存 存储器管理
（3）外设 设备管理
2.软件： 文件管理
3. OS实现了对计算机资源的抽象。
1.1.3推动操作系统的主要动力（为什么要发展操作系统）
1. 不断提高计算机资源的利用率
2. 方便用户
3. 器件的不断更新迭代
4. 计算机体系结构的不断发展
5. 不断提出新的应用需求
1.2 操作系统的发展过程
1.2.1未配置操作系统的计算机系统
1.人工操作方式
程序员事先准备好已经打好的纸袋输入到计算机当中，在启动运行
2.脱机输入/输出
解决了人机矛盾和cpu与输入输出之间速度不匹配之间的矛盾，在人工操作的基础上，添加了磁带，由人工输入到磁带上，再由磁带输入到计算机当中
1.2.2配置操作系统的计算机系统
介绍：
- 用户使用系统提供的作业控制语言（JLC）来描述自己对作业运行的控制意图，并且将这些控制信息连同作业一起提交给计算机
- 由OS去控制，调度各作业的运行并输出结果
- 由于作业进入系统后不再干预，从而提高了效率
1.单批道处理系统
（1）目的：提高系统资源的利用率和系统的吞吐量
（2）原理：实现作业的连续处理，把一批作业先脱机输入到磁带上，再通过一定的作业调度算法进行作业的执行，从而达到作业的连续处理。就像一个人提前一天晚上订好了第二天的计划，第二天由这个人在合理的时间内进行选择任务进行执行
分析图中可看到t2-t3和t6-t7时间段内CPU是空闲的，为了进一步的提高效率，就进一步的发展出了多批道处理系统
2.多批道处理系统
（1）原理：用户提交的作业存放在外存上，并排成一个队列，由作业调度程序从队列中选择若干调入内存，共享CPU
（2）优缺点：系统利用率高，系统吞吐量大，但是不能进行交互，并且作业需要排队，也就是平均周转时间长
3.分时操作系统
介绍：一台主机允许多个用户通过终端进行使用。
（1）实现分时操作系统需要解决的问题：
1.及时处理
2.及时接收
（2）特征：
1.多路性（允许有多个用户，多个终端，可以提高利用率）
2.独立性（每个用户使用时互不干扰）
3.及时性
4.交互性
4.实时系统
介绍：系统可以及时相应外部事件的请求，在规定时间按内完成处理，控制所有任务协调发展
（1）类型：
1.周期性实时任务和非周期性实时任务
2.硬实时任务和软实时任务
前者要求任务的截止时间，后者不要求
1.3 操作系统的基本特征
1. 并发
（1）并发与并行的区别：
并发强调的是两任务在同一时间段内发生
并行强调的是同一时刻发生
2. 共享
（1）分类：
1.互斥共享
类似与一台打印机在某一时刻只能只能一个进程使用
2.同时共享
类似于外存，同时可以有多个进程使用
3. 虚拟
类比于计算机组成原理的虚拟存储，把一个64G的存储卡划分为D，C盘，在逻辑上分类了，但是在物理上没有分类，这项技术就叫虚拟
（1）虚拟技术的分类：
1.时分复用技术
2.空分复用技术
4. 异步
无法预测是否同时，是否同步。
1.4 操作系统的主要功能
1. 处理机管理功能
（1）进程控制
创造进程，撤销进程，控制进程在运行过程中的状态转换
（2）进程同步
（3）进程通信
进程之间的通信
（4）调度
1.作业调度
从后背队列中选出一个作业，为它分配所需要的资源
2.进程调度
将处理机分配给选中的作业
2. 存储器管理功能
（1）内存分配
为每道作业分配内存空间
（2）内存保护
1.确保每道用户程序都在自己的内存空间运行，相互之间互不打扰
2.不允许用户访问操作系统的程序和数据，也不允许用户转移到非共享的其他用户程序中去执行
（3）地址映射
类似与机组的寻址方式中涉及到的知识点
（4）内存扩充
在逻辑上进行内存的扩充，拥有内存扩充机制，可实现如下两个功能
1.请求调入功能
由OS将所需的部分调入内存
2.置换功能
发现内存不足以支撑完成下一个作业时，要将内存中的的暂时不用的程序和数据调至硬盘上，以腾出空间，将要执行的作业调入内存
3. 设备管理功能
（1）缓冲管理
在输入输出和CPU当中引入缓冲，可以有效的解决两者之间的速度不匹配的问题
（2）设备分配
按照现有的资源来为任务分配设备
（3）设备处理
CPU和设备控制器之间的通信
4. 文件管理功能
（1）文件存储空间的管理
（2）目录管理
便于查找
（3）文件读写的管理和保护