深入理解操作系统

深入理解操作系统 第一章

第一章的主要内容是 : 操作系统的一些知识

1.1 操作系统是什么？

用户角度：操作系统是一个控制软件

• 管理应用程序
• 为应用程序提供服务
• 杀死应用程序

程序角度：操作系统是资源管理器

• 管理外设、分配资源
• 抽象
  • 将CPU抽象成进程
  • 将磁盘抽象成文件
  • 将内存抽象成地址空间

1.2 操作系统层次

位于硬件之上，应用程序之下。（直接面向硬件的，并为应用软件提供服务支撑）

1.3 操作系统的界面和内核

Linux Windows Android 的界面属于外壳(Shell) ，而不是内核(kernel)。操作系统研究的是内核，处于Shell之下。

1.4 操作系统内部组件

• CPU调度器
• 物理内存管理
• 虚拟内存管理
• 文件系统管理
• 中断处理与设备驱动

1.5 操作系统特征

• 并发

  • 一段时间内运行多个进程（并行 : 一个时间点运行多个进程，一般要求有多个CPU，一块CPU无法完成并行)
  • 需要OS管理和调度

• 共享

  • “同时”共享：允许一个时间段内由多个进程“同时”对他们进行访问。（同时是宏观上的，微观上是交替地对该资源进行访问的）
  • 互斥共享：一个时间段只允许一个进程访问该资源。

• 虚拟

  操作系统直接面向的硬件，将硬件虚拟化，将cpu虚拟化为进程，将磁盘虚拟化成文件，把内存虚拟化成地址空间，让每一个用户觉得的有一个计算机专门为他服务。

  空分复用技术：多个运行程序的内存总和远大于内存的实际内存（虚拟存储器技术）

  时分复用技术：多个程序在同一时间间隔内同时运行在同一个CPU中（虚拟处理机）

• 异步

  程序的执行不是一贯到底的，而是走走停停，不是一直运行。向前推进的速度不可预知，因此是一个异步的过程。但只要运行环境相同，OS需要保证程序运行的结果相同。只有系统拥有并发性，才有可能导致异步性

其中并发和共享为两个最基本的特征，二者互为存在条件

1.6 操作系统的发展和分类

1. 手工操作阶段：缺点：人机速度矛盾

2. 批处理阶段：

   单道批处理系统（世界上第一个操作系统）
   优点：缓解人机速度矛盾
   缺点：资源利用率依然很低
   多道批处理系统（操作系统开始出现（多道程序设计为标志））
   优点：多道程序并发执行，资源利用率高
   缺点：不提供人机交互能力

3. 分时操作系统：

   优点：提供人机交互能力
   缺点：不能优先处理紧急任务

4. 实时操作系统：

   硬实时：必须在绝对严格的规定时间内完成处理
   软实时：能接受偶尔违反时间规定
   优点：能优先处理紧急任务

5. 网络操作系统

6. 分布式操作系统

7. 个人计算机操作系统