計算機操作系統總結（第一章）

目錄

• 第一章 操作系統引論
  • 1.1 操作系統的目標和作用
  • 1.2 操作系統的發展過程
  • 1.3 操作系統的基本特性
  • 1.4 操作系統的主要功能
  • 1.5 OS結構設計

第一章 操作系統引論

1.1 操作系統的目標和作用

1. 計算機系統由硬件系統和軟件系統組成
   • 硬件系統：中央處理器、存儲器、輸入輸出設備
   • 軟件系統：系統軟件和應用軟件
2. 操作系統是配置在裸機上的第一層軟件。裸機+操作系統=虛擬機或擴展機
3. 操作系統的目標：
   • 有效性：提高系統資源利用率、提高系統吞吐量
   • 方便性
   • 可擴充性
   • 開放性
4. 操作系統的作用：
   1. OS作為用戶與計算機硬件系統之間的接口：
      • 用戶通過三種方式使用計算機：命令方式、系統調用方式、圖標、窗口調用方式
   2. OS作為計算機系統資源的管理者
   3. OS實現了對計算機資源的抽象：
      • I/O軟件實現了對計算機硬件操作的第一個層次的抽象
      • 文件管理軟件實現了對硬件資源操作的第二個層次的抽象
5. 推動操作系統發展的主要動力：
   1. 不斷提高計算機資源的利用率
   2. 方便用戶
   3. 器件的不斷更新換代
   4. 不斷出現的新的應用需求

1.2 操作系統的發展過程

1. 無操作系統的計算機系統

   1. 人工操作方式
      • 用戶獨占計算機全部資源
      • CPU等待人工操作
   2. （為緩和人機矛盾）引入脫機輸入/輸出方式
      • （通過外圍機控制輸入輸出）在主機的直接控制下進行輸入輸出的方式稱作聯機輸入/輸出方式
      • 減少了CPU的空閑時間
      • 提高了I/O速度

2. 單道批處理系統：

   1. 脫機輸入一批作業，由監督程序控制，一個接一個地連連續自動處理
   2. 特征：
      • 自動性
      • 順序性
      • 單道性
   3. 缺點：資源不能充分利用

3. 多道批處理系統：

   1. 引入多道程序設計技術，作業先存放在外存排成隊列（后備隊列）
   2. 好處：
      • 提高CPU的利用率
      • 提高內存和I/O設備的利用率
      • 增加系統吞吐量
   3. 優缺點：
      • 資源利用率高
      • 系統吞吐量大
      • 平均周轉時間長
      • 無交互能力
   4. 需要解決的問題：處理機管理問題、內存管理問題、I/O設備管理問題、文件管理問題、作業管理問題、用戶與系統接口問題

4. 分時系統：

   1. 多路卡：從終端輸入數據，為每個終端配置一個緩沖區
   2. 時間片：每個作業運行一個很短的時間
   3. 特征：
      • 多路性（同時性）
      • 獨立性
      • 及時性
      • 交互性

5. 實時系統：實時表示及時，系統能及時相應外部時間的請求

   1. 應用需求：1. 實時控制（實時系統） 2. 實時信息處理（實時信息處理系統）
   2. 實時任務：
      • 周期性、非周期性（必須聯系一個截止時間（開始、截止））
      • 硬實時任務、軟實時任務
   3. 比較：
      • 多路性。實時信息處理系統也按分時原則為多個終端用戶服務。而分時系統中的多路性則與用戶情況有關，時多時少。
      • 獨立性。彼此獨立地操作，互不干擾
      • 及時性。實時信息處理系統對實時性的要求與分時系統類似，人所能接受的等待時間來確定；而實時控制系統的及時性，則是以控制對象所要求的開始截止時間或完成截止時間來確定的，一般為秒級到毫秒級，甚至有的要低於100微秒。
      • 交互性。實時信息處理系統雖然也具有交互性，僅限於某些特定的專用服務程序。不像分時系統那樣能向終端用戶提供數據處理和資源共享等服務。
      • 可靠性。分時系統雖然也要求系統可靠，但相比之下，實時系統則要求系統具有高度的可靠性。

6. • 批處理系統：IBM System360大型機的OS/360

   • 分時系統：Unix

   • 實時系統：VxWorks、實時Linux

7. 微機操作系統的發展：

   1. 單用戶單任務操作系統
   2. 單用戶多任務操作系統
   3. 多用戶多任務操作系統

1.3 操作系統的基本特性

1. 並發性：
   1. 並行性：兩個或多個事件在同一個時刻發生
   2. 並發性：連個或多個事件在同一個時間間隔內發生
   3. 引入進程：
      1. 程序是靜態實體，在多道程序系統中不能獨立運行，更不能並發執行
      2. 引入進程的目的：為了使多個程序能並發執行
2. 共享性：
   1. 互斥共享方式
   2. 同時訪問方式（磁盤）
   3. 並發和共享是操作系統的兩個最基本的特征，它們互為存在的條件。
3. 虛擬技術：
   1. 時分復用技術：提高資源利用率
      • 虛擬處理機技術
      • 虛擬設備技術
   2. 空分復用技術：提高存儲空間利用率
      • 虛擬磁盤技術
      • 虛擬存儲器技術（本質上就是使內存分時復用）
4. 異步性

1.4 操作系統的主要功能

1. 處理機管理功能：
   1. 進程控制
   2. 進程同步：1. 進程同步方式， 2. 進程同步方式
   3. 進程通信
   4. 調度：1. 作業調度， 2. 進程調度
2. 存儲器管理功能：
   1. 內存分配：1. 靜態， 2. 動態
   2. 內存保護
   3. 地址映射
   4. 內存擴充：1. 請求調入功能，2. 置換功能
3. 設備管理功能：
   1. 緩沖管理
   2. 設備分配
   3. 設備處理
4. 文件管理功能：
   1. 文件存儲空間的管理
   2. 目錄管理
   3. 文件的讀/寫管理和保護
5. 操作系統與用戶之間的接口
   1. 用戶接口
   2. 程序接口

1.5 OS結構設計

1. 傳統操作系統結構
   1. 無結構操作系統
   2. 模塊化結構OS
   3. 分層式結構OS
2. 客戶/服務器模式
3. 面向對象程序設計
4. 微內核OS結構