本章主要是簡單介紹操作系統的基本知識，如：功能、分類、結構、運行環境等。最后講了現代操作系統的主要特點。
1.1操作系統的定義
操作系統（Operating System）簡稱OS
基本概念
計算機系統：
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硬件
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軟件（操作系統就是計算機系統的一種大型軟件）
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系統軟件：用於計算機的管理、維護、控制和運行及對運行的程序進行翻譯、裝入等服務
- 操作系統（核心）（管理計算機的資源和控制程序的執行）
- 語言處理系統（包含對各種語言的編譯、解釋和匯編的程序）
- 例行服務系統
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應用軟件
為某應用需要而設計的程序/用戶為解決某問題而編制的程序或程序系統
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計算機系統的視圖
操作系統是對硬件的第一次拓展
操作系統的基本功能
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人機交互界面
目標：提供友好的用戶訪問接口
OS向上提供兩種接口：
- 系統命令：供用戶使用組織和控制自己作業運行。如：shell命令語言，GUI（圖像用戶處理界面）
- 編程接口：供用戶程序和系統程序調用os功能。如：高級語言庫函數
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資源管理
計算機系統與os功能模塊一一對應：
計算機系統組成 OS功能模塊 軟件資源 文件管理 處理器 處理器與進程管理 存儲器 存儲管理 外部設備 設備管理 運行任務控制 作業管理 各功能的作用與主要內容：
- 文件管理
- 目的：更好組織文件，方便使用；解決軟件資源的存儲、共享、保密和保護功能。
- 內容：
- 文件存儲空間管理（如何存放信息以提高空間利用率與讀寫性能）
- 目錄管理（解決信息檢索問題）
- 文件的讀寫管理
- 文件的存取控制（解決信息安全問題，針對用戶設置讀寫權限）
- 存儲管理（管理主存資源，不管理外存）
- 目的：提高利用率/方便用戶使用；提供足夠的存儲空間、方便進程並發運行
- 內容：
- 存儲的分配與回收
- 地址映射（邏輯地址到物理地址到映射）
- 存儲保護（保證進程間互不干擾、相互保密）
- 內存擴充（覆蓋、交換和虛擬存儲）
- 設備管理
- 內容：
- 設備分配與回收
- 緩沖區管理（匹配 CPU 與外設的速度，提高利用率）
- 內容：
- 處理器和進程管理
- 目的：完成處理器資源的分配調度功能（調度的單位可為進程或線程
- 內容：
- 進程控制：主動改變進程的狀態（創建、撤銷、掛起、改變運行優先級）
- 進程同步：協調並發進程間的推進步驟，以協調資源共享
- 進程通信：進程間傳送信息，也可以協調並發進程間的推進步驟
- 進程調度
- 作業管理（大型操作系統中才提供作業管理）
- 內容：
- 作業控制語言：供用戶寫說明書
- 作業調度：在滿足資源需求的情況下，選擇哪些作業投入運行
- 內容：
- 文件管理
*1.2操作系統的形成和發展
第一階段：手工階段（40 年代）
用戶為專業人員，編程用機器語言，輸入輸出為卡片； 用戶占用全部資源，CPU 等待用戶
第二階段：批處理操作系統（50 年代）
出現了操作系統的雛形：監控程序（主機上的控制程序） 出現高級語言與匯編語言 發明了晶體管
60 年代兩大突破：通道技術與中斷技術 通道：是一種專門的部件，負責外部設備與內存之間信息的傳輸
單道批處理系統
特征：自動、順序、單道 問題：只有一個作業在運行；CPU 經常空閑，I/O 設備太慢；沒有交互能力，用戶無法干預作業的運行
多道批處理操作系統
多道程序設計思想：幾道相互獨立的程序同時運行。 特點：宏觀上同步，微觀上串行（各作業交替使用 CPU）
第四階段
分時操作系統
多個用戶使用一台計算機，多個程序分時共享硬件和軟件資源
實時操作系統
在一個預定好的時間限制內，對外部或內部的事務進行響應和處理
第五階段：現代操作系統
微機 os、多處理機 os、分布式 os、嵌入式 os、雲計算 os
1.3操作系統的分類
按 os 功能分：
- 單用戶操作系統 一個用戶獨占計算機資源
- 批處理操作系統 用戶把問題、數據與作業說明書交給操作員，操作員將一批算題輸入計算機，然后由操作系統執行。這種批量化處理作業的 os 稱為批處理 os 分為單道批處理 os 與多道批處理 os
- 分時操作系統
- 實時操作系統 解決對時間要求高的問題，許多都是專用系統
- 網絡操作系統 利用計算機網絡提供網絡通信和網絡資源共享功能的 os
- 分布式操作系統 網絡 os 的一種。要滿足以下條件：系統中任意兩台電腦都可以交換信息；無主次之分；系統資源為所有用戶共享；系統中多個計算機協作完成同一個共同任務
- 嵌入式操作系統
1.4操作系統的運行環境
與 os 的五個資源管理功能密切相關的硬件環境：
- 中央處理器
- 特權指令（用戶不能使用，只能 os 使用）
- 程序狀態字（PSW）
- 處理器狀態 分為管態（os 管理程序運行的狀態）與目態（用戶程序運行時狀態）