操作系统——零碎概念

操作系统的设计目标

方便性、有效性、可扩充性、开放性

操作系统的作用

1、用户与计算机硬件系统之间的接口

操作系统有两种接口：命令输入、系统调用
命令输入

1. 命令行：在终端或命令输入窗口输入操作和控制计算机的规定的命令
2. 图形用户界面：我们熟知的图标和菜单形式

系统调用：操作系统提供给应用程序使用内核功能的接口

2、计算机系统资源的管理者

硬件资源（CPU、存储器、外部设备）
软件资源（程序、数据）
主要内容：资源的分配、回收、访问，资源的数量和使用情况，相应管理策略（用户权限）

3、实现对计算机资源的抽象

3.1处理器（CPU）管理

1. 进程控制：为作业创建进程、为进程创建线程、撤销进程、并且为进程分配和回收资源，以及控制进程在运行过程中的状态转换
2. 进程同步：为多个进程的运行进行协调，常用进程互斥方式（进程对临界资源进行访问时）与进程同步方式（最常用信号量机制）
3. 进程通信
4. 调度：进程调度、作业调度

3.2存储器管理

1. 内存分配：可采取静态分配方式和动态分配方式
2. 内存保护
3. 地址映射：将地址空间中的逻辑地址转换为内存空间中与之对应的物理地址
4. 内存扩充：借助虚拟存储技术，逻辑上扩充内存容量

3.3文件管理

文件存储空间的管理

1. 文件存储空间的管理
2. 目录管理
3. 文件的读/写管理
4. 文件保护

3.4设备管理

1. 缓冲管理
2. 设备分配
3. 设备处理

4、现代操作系统新功能

系统安全

现代操作系统采用认证技术、密码技术、访问控制技术、反病毒技术等多种有效措施，确保计算机系统中存储和传输数据的保密性、完整性和系统可用性

网络的功能和服务

现代操作系统提供网络通信、网络资源管理和应用互操作等功能，以支持用户联网取得各类网络所提供的服务

支持多媒体

现代操作系统提供接纳控制和实时调度等功能，采取适当的多媒体文件存储方式，以保证系统能像处理位置、图形信息那样去处理音频和视频等多媒体信息。

推动操作系统发展的主要动力

操作系统的基本特性

并发（Concurrence）

进程（Process）

在系统中能够独立运行，并作为资源分配的基本单位。
由一组机器指令、数据、堆栈等组成

共享（Sharing）

临界资源互斥共享方式：在一段时间内，只允许一个进程访问该资源
同时访问方式：在一段时间内，允许多个进程宏观上同时访问，微观上是交替访问的

虚拟（Virtual）

通过虚拟技术，将一个物理实体变为若干个逻辑上的对应物
时分复用技术：虚拟处理机技术、虚拟设备技术；通过利用处理机与设备的空闲时间运行其他程序，提高处理机与设备利用率
空分复用技术：利用存储器的空闲空间分区域存放和运行其他的多道程序，提高内存的利用率，再加上虚拟存储技术（本质上是内存的分时复用），从而实现在逻辑上扩大存储器容量的功能

异步（Asynchronism）

各个进程之间“走走停停”的顺序是不可预知的，这就是进程的异步性

• 处理机执行的指令分为特权指令：在内核态时运行的指令，只允许操作系统使用，不允许应用程序使用。例如：启动I/O设备、设置时钟、控制中断屏蔽位、建存储库、加载PSW
• 非特权指令：供应用程序使用