第一章 操作系统概述

1.OS的目标

(1)方便性。

(2)有效性。

(3)可扩充性。

(4)开放性。

2.OS的作用

(1)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。

(3)OS用作扩充机器。

3.操作系统的发展过程

(1)  人工操作方式

(2)脱机输入/输出(Off-LineI/O)方式

脱机I/O方式的主要优点:一减少了CPU的空闲时间。二是提高I/O速度

脱机I/O方式的主要缺点:系统开销大!

(3).单道批处理系统

(4)多道批处理系统

4.多道批处理系统的优缺点:

优点

资源利用率高:CPU和内存利用率较高;

系统吞吐量大:单位时间内完成的工作总量大;

缺点

平均周转时间长:短作业的周转时间显著增长;

无交互能力:整个作业完成后或中间出错时,才与用户交互,不利于调试和修改;

5.操作系统定义

操作系统是一组控制和管理计算机硬件和软件资源,合理地对各类作业进行调度(多道),方便用户使用的程序的集合。

6.    分时系统定义:

   分时系统是指在一台主机上连接了多个带有显示器和键盘的终端,同时允许多个用户通过自己的终端,以交互方式使用计算机,共享主机中的资源。分时系统是多道程序的逻辑扩充

6.1.分时系统实现中的关键问题

交互:当用户在自己的终端上键入命令时,系统应能及时接收并及时处理该命令,再将结果返回给用户。

共享:强调即使有多个用户同时通过自己的键盘键入命令,系统也应能全部地及时接收并处理。

    (1)及时接收:多路卡,缓冲区

    (2)及时处理:终端请求作业直接进入内存,设置时间片

6.2分时系统的特征:

多路、独立、及时、交互

(1)多路性:多个用户同时使用一台计算机,共享CPU和其他资源,充分利用系统资源。

  宏观上:是多个人同时使用一个CPU

  微观上:多个人在不同时刻轮流使用CPU

(2)独立性:用户感觉不到计算机为其他人服务,各用户独立操作,互不干扰。

(3)及时性:通过时间片技术和轮转调度算法保证及时响应。

(4)交互性:系统及时响应用户的请求,显著提高调试和修改程序的效率:缩短了周转时间。

7.实时系统定义

实时系统是指:

  系统能及时(或即时)响应外部事件的请求,在规定的时间内完成对该事件的处理,并控制所有实时任务协调一致地运行。



8.操作系统分类

(1)单用户OS:一次只能支持一个用户作业的运行。

(2)批处理OS:用户作业以成批的方式提交给计算机。

(3)分时OS:允许多个用户同时与计算机系统交互。

(4)实时OS:能够及时响应随机发生的外部事件,并对外部事件做出快速处理,对来自外部的请求和信号在限定的时间范围内做出响应。实时性和可靠性是其重要特点。

(5)网络OS:面向网络上多用户,提供基本的网络操作所需要的功能,如文件共享,内存管理和进程任务调度等。

(6)分布式OS:是最高级的操作系统,管理整个系统(包括网络)中的所有资源,负责所有资源的分配和调度、任务的划分和具体安排、信息传递和控制。

(7)嵌入式OS:与应用紧密结合、专用性很强、可裁剪。

9.操作系统的基本特征

1.并发concurrence

并行性:两个或多个事件在同一时刻发生

并发性:两个或多个事件在同一时段发生

2.共享sharing

  系统中的资源可供内存中多个并发执行的进程(线程)共同使用。主要有两种共享方式:

 互斥共享方式:

  对临界资源(如打印机)采用该方式,资源分配给某进程后未释放前,不能被其他进程所用。

 临界资源(独占资源):一段时间内只允许一个进程访问的资源。

 同时访问方式:

  对允许“同时”访问的资源(如磁盘)采用该方式,但“同时”仍然是“宏观并行微观串行”的,不是真正的同时

3.虚拟virtual

  通过某种技术把一个物理实体变为若干个逻辑对应物(用户感觉上的东西),两种实现方式:

时分复用:  一个物品被多人分时使用,在一段时间内就表现为每个人都有一个该物品可用,1虚拟为n。

空分复用:  一个物品划分为多个部分,多个人每人都有一部分可用,主观上看也是1虚拟成n。

4.异步性asynchronism

指进程的执行顺序和执行时间的不确定性

  (1)进程的运行速度不可预知

    由于资源等因素限制,进程通常不能一气呵成地执行完,多个进程并发执行是“时走时停”的,不可预知每个进程的运行推进快慢;

(2)允许异步,但结果应正确

  只要环境相同,无论快慢,结果应该相同(可再现性),这需要进程互斥和同步手段来保证。

10.操作系统的主要功能

(1)处理机管理功能(作业管理)

    进程控制,进程同步,进程通信,调度

(2)存储器管理功能

内存分配,内存保护,地址映射,内存扩充

(3)设备管理功能

缓冲管理,设备分配,设备处理

(4)文件管理功能

存储空间的管理,目录管理,文件的读写管理和保护

(5)用户接口

命令接口,图形接口,程序接口

11.OS系统的结构设计

 (1)无结构OS(2)模块化OS结构(3)分层式OS结构(4) 微内核OS结构

其中前三种为传统OS结构

微内核OS结构以OS为核心,以C/S为基础,采用了面向对象程序设计方法。微内核是指精心设计、实现一个可在其上构建通用OS的基础内核,该内核程序运行在核心态,开机常驻内存。

(1)足够小的内核

  微内核并非一个完整的OS。与硬件紧密相关,实现较基本功能,复杂客户和服务器通信。

(2)基于C/S模式

(3)应用”机制与策略分离“原理

  机制——实现某一功能的具体执行机构,位于基层;策略——借助某些参数和算法实现功能优化或达到不同功能目标,位于系统高层。

(4)采用面向对象技术

微内核模式的优缺点:

优点:灵活可扩充,增强可靠性,可移植性,适用于分布式操作系统,采用了面向对象技术减少了开销

缺点:运行效率降低,因为开销增大






本章小结(了解和理解)

了解操作系统的目标

理解操作系统的作用

了解推动操作系统发展的主要动力,认识其发展过程,及三大基本操作系统的特征和优缺点。

理解操作系统的并发、共享、虚拟和异步性。

理解其五大功能。

理解操作系统结构

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