操作系统基础
复习点：
1、RAID：磁盘阵列(Redundant Arrays of Independent Disks，RAID)，有"独立磁盘构成的具有冗余能力的阵列"之意。磁盘阵列是由很多价格较便宜的磁盘，组合成一个容量巨大的磁盘组，利用个别磁盘提供数据所产生加成效果提升整个磁盘系统效能。利用这项技术，将数据切割成许多区段，分别存放在各个硬盘上。磁盘阵列还能利用同位检查(Parity Check)的观念，在数组中任意一个硬盘故障时，仍可读出数据，在数据重构时，将数据经计算后重新置入新硬盘中。
RAID级别分类：
Raid1 硬盘数:最少两块 优点:防止单点故障 备份 缺点:速度没有提升
Raid0 硬盘数:最少两块 优点:速度快 缺点:坏任何一块盘,数据就不完整
Raid5 硬盘数:最少3块 优点:速度比raid1快,比raid0慢 缺点:硬盘数量多,价格贵
Raid10 硬盘数:最少4块 优点:速度快，并且稳定 缺点：贵
2、分布式存储系统，是将数据分散存储在多台独立的设备上。传统的网络存储系统采用集中的存储服务器存放所有数据，存储服务器成为系统性能的瓶颈，也是可靠性和安全性的焦点，不能满足大规模存储应用的需要。分布式网络存储系统采用可扩展的系统结构，利用多台存储服务器分担存储负荷，利用位置服务器定位存储信息，它不但提高了系统的可靠性、可用性和存取效率，还易于扩展。
3、扇区：512bytes，是磁盘最小读写单位
操作系统级别：8*512bytes，最小的读写单位是block
4、存储：文件存储 读写单位：文件，特点：直接对件您行修改操作
块存储（裸盘 格式化 文件系统） 读写单位：block块 特点：必须格式化，制作文件系统才能使用
对象存储（网盘）：读写单位：网址 特点：不能直接对文件进行操作
5、硬盘→硬盘控制器→硬盘驱动→操作系统→文件→用户
一、为何要有操作系统
这个问题让我想起来之前好多人修电脑的方法就是电脑硬件没有问题，那就重装系统，重装系统就可以正常使用了。操作系统也是软件，它的作用就是管理和操作计算机的所有硬件，提供给用户一个可操作的方法。如果不要这个操作系统，程序员想控制计算机进行操作，哪程序员要写一整套计算机可认知的程序，让硬件按照程序员的意图进行工作，这就需要程序员了解所有硬件的工作原理和写出大量的代码。每个程序员都要这样进行操作的话，效率也就十分低下，也应该没有多少人能完成这样的工作。所有就需要有操作系统来做这个管理硬件并优化的过程，让程序员在操作系统上写自己的应用程序就可以了。
二、操作系统的位置
操作系统就是一个协调、管理和控制计算机硬件资源和软件资源的控制程序。
操作系统位于计算机硬件与应用软件之间，本质也是一个软件。操作系统由操作系统的内核（运行于内核态，管理硬件资源）以及系统调用（运行于用户态，为应用程序员写的应用程序提供系统调用接口）两部分组成。所以单纯的说操作系统是运行于内核态的是不准确的。
三、操作系统的功能
操作系统有两部分的功能：
1、隐藏了丑陋的硬件调用接口，为应用程序员提供调用硬件资源的更好，更简单，更清晰的模型（系统调用接口）。也可以说屏蔽了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）。程序员有了这些接口后，就不用再考虑操作硬件的细节，专心开发自己的应用程序即可。
2、将应用程序对硬件资源的竞态请求变得有序化。有效管理系统资源，提高系统资源使用效率。所用的应用程序都共享一台计算机的硬件资源，当多个应用软件同时请求使用一个硬件时，操作系统会判断哪个应用程序先使用，另一个后使用。这就使得使用过程变得有序，而不是混乱的。
四、操作系统的发展
操作系统并不是与计算机硬件一起诞生的，它是在人们使用计算机的过程中，为了满足两大需求：提高资源利用率、增强计算机系统性能，伴随着计算机技术本身及其应用的日益发展，而逐步地形成和完善起来的。
1、手工操作（无操作系统）
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。程序员将对应于程序和数据的已穿孔的纸带（或卡片）装入输入机，然后启动输入机把程序和数据输入计算机内存，接着通过控制台开关启动程序针对数据运行；计算完毕，打印机输出计算结果；用户取走结果并卸下纸带（或卡片）后，才让下一个用户上机。
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。
2、批处理系统
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。主机与输入机之间增加一个存储设备——磁带，在运行于主机上的监督程序的自动控制下，计算机可自动完成：成批地把输入机上的用户作业读入磁带，依次把磁带上的用户作业读入主机内存并执行并把计算结果向输出机输出。完成了上一批作业后，监督程序又从输入机上输入另一批作业，保存在磁带上，并按上述步骤重复处理。
监督程序不停地处理各个作业，从而实现了作业到作业的自动转接，减少了作业建立时间和手工操作时间，有效克服了人机矛盾，提高了计算机的利用率。
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。
这种方式的显著特征是：增加一台不与主机直接相连而专门用于与输入/输出设备打交道的卫星机。
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。
这样，主机不是直接与慢速的输入/输出设备打交道，而是与速度相对较快的磁带机发生关系，有效缓解了主机与设备的矛盾。主机与卫星机可并行工作，二者分工明确，可以充分发挥主机的高速计算能力。
3、多道程序系统
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。
单道程序的运行过程：
在A程序计算时，I/O空闲， A程序I/O操作时，CPU空闲（B程序也是同样）；必须A工作完成后，B才能进入内存中开始工作，两者是串行的，全部完成共需时间=T1+T2。
多道程序的运行过程：
将A、B两道程序同时存放在内存中，它们在系统的控制下，可相互穿插、交替地在CPU上运行：当A程序因请求I/O操作而放弃CPU时，B程序就可占用CPU运行，这样 CPU不再空闲，而正进行A I/O操作的I/O设备也不空闲，显然，CPU和I/O设备都处于“忙”状态，大大提高了资源的利用率，从而也提高了系统的效率，A、B全部完成所需时间<<T1+T2。
多道程序设计技术不仅使CPU得到充分利用，同时改善I/O设备和内存的利用率，从而提高了整个系统的资源利用率和系统吞吐量（单位时间内处理作业（程序）的个数），最终提高了整个系统的效率。
单处理机系统中多道程序运行时的特点：
（1）多道：计算机内存中同时存放几道相互独立的程序；
（2）宏观上并行：同时进入系统的几道程序都处于运行过程中，即它们先后开始了各自的运行，但都未运行完毕；
（3）微观上串行：实际上，各道程序轮流地用CPU，并交替运行。
4、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，好像自己独占机器一样。
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。
具有上述特征的计算机系统称为分时系统，它允许多个用户同时联机使用计算机。
特点：
（1）多路性。若干个用户同时使用一台计算机。微观上看是各用户轮流使用计算机；宏观上看是各用户并行工作。
（2）交互性。用户可根据系统对请求的响应结果，进一步向系统提出新的请求。这种能使用户与系统进行人机对话的工作方式，明显地有别于批处理系统，因而，分时系统又被称为交互式系统。
（3）独立性。用户之间可以相互独立操作，互不干扰。系统保证各用户程序运行的完整性，不会发生相互混淆或破坏现象。
（4）及时性。系统可对用户的输入及时作出响应。分时系统性能的主要指标之一是响应时间，它是指：从终端发出命令到系统予以应答所需的时间。
分时系统的主要目标：对用户响应的及时性，即不至于用户等待每一个命令的处理时间过长。
5、计算机的发展
第一代计算机（1940~1955）：真空管和穿孔卡片
第二代计算机（1955~1965）：晶体管和批处理系统
第三代计算机（1965~1980）：集成电路芯片和多道
第四代计算机（1980~至今）：个人计算机
五、多道技术
多道技术是在计算机内存中同时存放几道相互独立的程序，使它们在管理程序控制之下，相互穿插的运行。两个或两个以上程序在计算机系统中同处于开始到结束之间的状态。多道程序技术运行的特征：多道、宏观上并行、微观上串行。多道技术要实现时间上的复用和空间上的复用。
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。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。内存上不分割会造成安全性和稳定性的丧失。
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%。
