一.操作系统引论

操作系统

• 什么是操作系统？
• 操作系统的性质？

一、操作系统

1. 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、以及方便用户使用的程序集合。

2. 目的：

   1. 方便性：硬件只识别0和1这样的机器代码。因此，用户要在计算机上运行自己所编写的程序。就必须用机器语言书写。
   2. 有效性：
      1. 资源忙，得到有效的利用。
      2. 数据有序而节省存储空间。
      3. 合理地组织计算机工作流程。
   3. 可扩充性：
      1. 适应硬件与网络发展要求。向上兼容，能和以往的软件适用。
      2. 应采用层次化结构。
   4. 开放性：遵循开放系统互联OSI国际标准，是90年代计算机技术的核心问题。

3. 作用：

   1. 用户与硬件系统的接口，软件接口，给用户提供三种方式
      1. 命令方式
      2. 系统调用方式
      3. 图形、窗口方式
   2. 计算机四类资源的管理者
      1. 处理机管理：给运行中的程序（进程）分配处理机并且控制处理机。
      2. 存储器管理：存储器分配，内存分配与回收，最重要的是内存管理。
      3. 设备管理：I/O设备分配操纵回收。
      4. 文件管理：文件的保护和共享，文件存取。
   3. 用作扩充机器
      1. 裸机：无任何软件的计算机系统。
      2. 扩充机器：加载了软件的机器又称虚拟机。

4. 发展过程：

   1. 无操作系统的计算机
   2. 单道批处理系统 50年代中期 具备操作系统原型

      1. 过程：一批作业以脱机方式输入到磁带上，在监督程序的控制下连续处理。

         作业：用在批处理系统中，一次应用业务处理过程中，从输入开始到输出结束，用户要求计算机所做有关该次业务处理的全部工作称为一个作业。

      2. 特征：

         1. 自动性：无人工干预
         2. 顺序性：按进入内存的先后执行
         3. 单道性：内存中只保持一个作业
   3. 多道批处理系统 60年代 345三种是基本操作系统类型。
      1. 多道：内存中同时存放多个相互独立的程序。多道技术是共享的基础。
      2. 特征：
         1. 多道性：内存中有多道程序，可并发执行
         2. 无序性：完成时间与进入内存先后无关
         3. 调度性：作业从提交（进入批处理系统的外存）到完成经两次调度
            1. 作业调度：外存-->内存过程（选多个）
            2. 进程调度：分配处理机（选一个）
      3. 优缺点
         1. 资源利用率高
         2. 系统吞吐量大
            1. 吞吐量：系统单位时间内完成的总工作量
            2. 原因：
               1. 资源忙
               2. 完成或运行不下去时才切换
         3. 平均周转时间长
            作业周转时间：从作业进入系统开始到完成并退出系统经历的时间。通常几小时，甚至几天。
         4. 无交互能力：修改调试极不方便。
   4. 分时系统 60年代
      1. 定义：一台主机上连接多个终端，同时允许多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。
      2. 产生动力：
         1. 人——机交互。（边运行边调试）
         2. 共享主机。（设备昂贵）
         3. 便于用户上机（在终端上输入、控制）
      3. 特征：
         1. 多路性：即同时性，宏观上同时微观上轮流。
         2. 独立性：每个用户感觉独占主机。
         3. 及时性：较短响应时间。（2-3s）
         4. 交互性：允许用户与主机对话。
   5. 实时系统 60年代
      1. 实时：及时响应外部事件请求。
      2. 应用需求：
         1. 实时控制：工业生产、武器控制、飞机自动驾驶。
         2. 实时信息处理：订票系统

5. 操作系统基本特征：

   1. 并发性（最重要特征，其他都基于此，两个最基本是并发与共享）

      1. 并行性：多个事件在同一时刻发生

      2. 并发性：多个事件在同一时间间隔内发生

         单处理机系统：宏观并发微观串行

         多处理机系统：可能有并行

   2. 共享性 多道技术出现之后
      1. 互斥共享方式：对临界资源的访问
         临界资源：打印机等硬件；栈、变量、表格等软件。
      2. 同时访问方式：多个进程同时访问的资源，如磁盘、重入码写的文件。
   3. 虚拟性：虚拟是指通过某种技术把一个物理实体变为若干个逻辑上的对应物。比如虚拟处理器、虚拟内存等。
   4. 异步性：进程以不可预知的速度向前推进。

6. 操作系统五功能：

   1. 资源管理：
      1. 处理机管理（硬件）
      2. 存储器管理（硬件）
      3. 设备管理（硬件）
      4. 文件管理（信息管理 软件）
   2. 用户接口：

      1. 命令接口：

         1. 联机命令接口：
            1. 适用：几乎所有计算机操作系统
            2. 组成：命令+终端处理程序+命令解释程序
            3. 过程：
               用户在键盘上输入命令；
               终端处理程序接收命令并显示在屏幕上；
               命令解释程序解释并执行该命令。 命令解释程序是操作系统最外层，例如shell、command。
         2. 脱机命令接口：
            1. 适用：批处理系统，又称为批处理用户接口。
            2. 组成：JCL+作业说明书+命令解释程序。
            3. JCL：作业控制语言 Job Control Language
            4. 过程：用户把对作业的控制用JCL写在作业说明书上，命令解释程序按照作业说明书解释并执行。

      2. 程序接口：

         1. 目的：为用户程序访问系统资源而设置。
         2. 组成：一组系统调用。
         3. 系统调用：一个能完成特定功能的子程序。
         4. 过程：
            

      3. 图形接口

7. 操作系统结构设计：

   1. 操作系统发展阶段：（前三种为传统OS结构）
      1. 第一代：无结构OS
      2. 第二代：模块化OS结构
      3. 第三代：分层式OS结构
      4. 第四代：微内核OS结构