基础-2操作系统

操作系统（简称OS）是管理和控制计算机硬件与软件资源的计算机程序,操作系统是用户和计算机的接口，同时也是计算机硬件和其他软件的接口。

发展历史

第一代计算机

1946年第一台计算机诞生--20世纪50年代中期，还未出现操作系统，计算机工作采用手工操作方式。
手工操作方式两个特点：
（1）用户独占全机。不会出现因资源已被其他用户占用而等待的现象，但资源的利用率低。
（2）CPU 等待手工操作。CPU的利用不充分。

第二代计算机

批处理系统：加载在计算机上的一个系统软件，在它的控制下，计算机能够自动地、成批地处理一个或多个用户的作业（这作业包括程序、数据和命令）。
联机批处理系统
首先出现的是联机批处理系统，即作业的输入/输出由CPU来处理。
但是，在作业输入和结果输出时，主机的高速CPU仍处于空闲状态，等待慢速的输入/输出设备完成工作： 主机处于“忙等”状态。
脱机批处理系统
为克服与缓解：高速主机与慢速外设的矛盾，提高CPU的利用率，又引入了脱机批处理系统，即输入/输出脱离主机控制。
其功能是：
（1）从输入机上读取用户作业并放到输入磁带上。
（2）从输出磁带上读取执行结果并传给输出机。
脱机批处理系统:20世纪60年代应用十分广泛，它极大缓解了人机矛盾及主机与外设的矛盾。
不足：每次主机内存中仅存放一道作业，每当它运行期间发出输入/输出（I/O）请求后，高速的CPU便处于等待低速的I/O完成状态，致使CPU空闲。

第三代计算机

多道程序设计技术

所谓多道程序设计技术，就是指允许多个程序同时进入内存并运行。即同时把多个程序放入内存，并允许它们交替在CPU中运行，它们共享系统中的各种硬、软件资源。当一道程序因I/O请求而暂停运行时，CPU便立即转去运行另一道程序。
空间上的复用：将内存分为几部分，每个部分放入一个程序，这样，同一时间内存中就有了多道程序。
时间上的复用：当一个程序在等待I/O时，另一个程序可以使用cpu，如果内存中可以同时存放足够多的作业，则cpu的利用率可以接近100%
空间上的复用最大的问题是：程序直接的内存必须分割，这种分割在硬件层面实现，由操作系统控制实现。如果内存彼此不分割，则一个程序可以访问另外一个程序的内存，首先丧失的是安全性，比如你的qq程序可以访问操作系统的内存，这意味着你的qq可以拿到操作系统的所有权限。其次丧失的是稳定性，某个程序崩溃时有可能把别人的内存也给回收了，比方说把操作系统的内存给回收了，则操作系统崩溃。

分时系统

由于CPU速度不断提高和采用分时技术，一台计算机可同时连接多个用户终端，而每个用户可在自己的终端上联机使用计算机，好象自己独占机器一样。
分时技术：把处理机的运行时间分成很短的时间片，按时间片轮流把处理机分配给各联机作业使用。

系统作用

主要体现在两方面：
1．屏蔽硬件物理特性和操作细节，为用户使用计算机提供了便利
󰀁指令系统（成千上万条机器指令，它们的执行由微程序的指令解释系统实现的）。计算机问世初期，
计算机工作者就是在裸机上通过手工操作方式进行工作。󰀁计算机硬件体系结构越来越复杂。
2．有效管理系统资源，提高系统资源使用效率
如何有效地管理、合理地分配系统资源，提高系统资源的使用效率是操作系统必须发挥的主要作用。资源利用率、系统吞吐量是两个重要的指标。
计算机系统要同时供多个程序共同使用。操作解决资源共享问题！！如何分配、管理有限的资源是非常关键的问题！
操作系统定义：操作系统是计算机系统中最基本的系统软件，它用于有效地管理系统资源，并为用户使用计算机提供了便利的环境。

主要功能

进程管理（Processing management）
内存管理（Memory management）
文件系统（File system）
网络通讯（Networking）
安全机制（Security）
用户界面（User interface）
驱动程序（Device drivers）

多道技术

1.时间上的复用

当一个资源在时间上复用时，不同的程序或用户轮流使用它，第一个程序获取该资源使用结束后，在轮到第二个。。。第三个。。。

例如：只有一个cpu，多个程序需要在该cpu上运行，操作系统先把cpu分给第一个程序，在这个程序运行的足够长的时间（时间长短由操作系统的算法说了算）或者遇到了I/O阻塞，操作系统则把cpu分配给下一个程序，以此类推，直到第一个程序重新被分配到了cpu然后再次运行，由于cpu的切换速度很快，给用户的感觉就是这些程序是同时运行的，或者说是并发的，或者说是伪并行的。至于资源如何实现时间复用，或者说谁应该是下一个要运行的程序，以及一个任务需要运行多长时间，这些都是操作系统的工作。

2.空间上的复用

每个客户都获取了一个大的资源中的一小部分资源，从而减少了排队等待资源的时间。

例如：多个运行的程序同时进入内存，硬件层面提供保护机制来确保各自的内存是分割开的，且由操作系统控制，这比一个程序独占内存一个一个排队进入内存效率要高的多。

有关空间复用的其他资源还有磁盘，在许多系统中，一个磁盘同时为许多用户保存文件。分配磁盘空间并且记录谁正在使用哪个磁盘块是操作系统资源管理的典型任务。