操作系统——操作系统概述

1.1 什么是操作系统？

---

操作系统的定义

• 没有公认的精确定义
• 操作系统是一个==控制程序==
  • 执行用户程序，给用户程序提供各种服务
• 操作系统是一个==资源管理器==
  • 提供访问计算机软硬件资源的高效手段

  • 解决资源访问冲突

    
    
    操作系统的地位

---

操作系统软件的组成

• Shell --命令行接口
• GUI --图形用户接口
• Kernel --操作系统的内部

---

操作系统内核特征

• 并发
  • 计算机系统中同时存在多个运行的程序，需要OS管理和调度
• 共享
  • “同时”访问（宏观）
  • 互斥访问（微观）
• 虚拟
  • 利用多道程序设计技术，让每个用户都觉得有一个计算机为他服务
• 异步
  • 程序的执行并不是一贯到底，而是走走停停的，向前推进的速度不可预知
  • 只要运行环境相同，OS需要保证程序运行的结果也要相同

---

1.2 为什么学习操作系统？

---

• 综合课程 ：结合许多不同课程
• 材料：操作系统概念和原理、源代码
• 技能：操作系统的设计和实现
• 目的
• 地位：计算机科学研究的基石之一
• 操作系统具有挑战性
  • 权衡
  • 硬件

---

1.3 操作系统实例

• UNIX
• Linux
• Windows

---

1.4 操作系统的演变

硬件抽象和协调管理

• 单用户系统
• 批处理系统
• 多道程序系统
  • 保持多个工作在内存中并且在各工作间复用CPU
  • 系统效率和系统吞吐量
• 分时
  • 定时中断用于工作对CPU的复用
  • 交互性、及时性
• 个人计算机：每个用户一个系统
• 分布式计算：每个用户多个系统
  • 网络支持成为一个重要的功能

---

1.5 操作系统结构

简单结构

• MS-DOS-在最小的空间，设计用于提供大部分功能
  • 没有拆分为模块
  • 接口和功能水平没有很好的分离，主要用汇编编写

分层结构

• 将操作系统分为多层
  • 每层建立在低层之上
  • 最底层是硬件
  • 最高层是用户界面

• 使用模块化，每一层仅使用更低一层的功能（操作）和服务

  
  
  uCore

微内核结构（Microkernel）

• 尽可能把内核功能移到用户空间
• 用户模块间的通信使用消息传递
• 好处：灵活、安全...
• 缺点：性能

外核结构（Exkernel）

• 让内核分配机器的物理资源给多个应用程序，让每个程序自己决定分配资源
• 保护与控制分类
• 程序能连接到操作系统库（libOS）实现了操作系统抽象

VMM（虚拟机管理器）

VMM