1.第一章 操作系统简介

这是一篇关于1.第一章 操作系统简介的思维导图。操作系统：是一种复杂的系统软件，是不同程序代码、数据结构、数据初始化文件的集合，可执行。

第一章 操作系统简介

• 什么是操作系统：
  • 定义：
    • 操作系统（OS）是一种复杂的【系统软件】
    • 是不同【程序代码】、【数据结构】、【数据初始化文件】的集合，可执行
  • 用户与硬件之间的接口：
    • 接口：
      • 操作系提供了计算机用户与计算硬件之间的【接口】，并且通过这个接口使【应用程序】的开发变的简单、高效
    • 目标：
      • 操作系统【与硬件部分相互作用】
      • 为运行在计算机上的【应用程序提供执行环境】
  • 资源的管理者：
    • 现代计算机系统的一个重要特点就是支持【多任务】，即允许在同一个系统内同时驻留多个应用程序
    • 四种管理：
• 操作系统的发展：
  • 操作系统的发展：
    • 无操作系统
    • 单道批处理系统
    • 多道批处理系统
    • 分时操作系统
    • 实时操作系统
    • 微机操作系统
  • 四种典型操作系统：
    • 单道批处理系统：
      • 内容：
        • 单道批处理系统内存中只有【一道作业】，CPU和内存资源被用户作业【独占】
      • 特点：
        • 自动性
        • 顺序性
        • 单道性
      • 优点和缺点：
        • 优点：
          • 减少了等待人工操作的时间
        • 缺点：
          • CPU资源不能得到充分利用
    • 多道批处理系统：
      • 内容：
        • 由操作系统的【作业调度程序】按一定策略从【后备作业队列】中选择【若干】个作业调入内存，使它们共享CPU和系统中的各种资源
      • 特点：
        • 多道性
        • 无序性
        • 调度性
        • 复杂性
      • 优点和缺点：
        • 优点：
          • 能够提高CPU和内存的利用率，系统的吞吐量
        • 缺点：
          • 系统平均周转时间长，缺乏交互能力
    • 分时操作系统：
      • 内容：
        • 允许【多个用户】通过终端机【同时使用】计算机，每个用户通过终端与主机交互时都能得到【快速响应】
      • 特点：
        • 多路性
        • 独立性
        • 及时性
        • 共享性
      • 优点和缺点：
        • 优点：
          • 向用户提供了【人机交互的方便性】，使多个用户可以通过不同的终端【共享主机】
        • 缺点：略
    • 多道程序系统
    • 实时操作系统：
      • 内容：
        • 实时系统必须【及时响应】外部事件的请求，在规定时间内完成对该事件的处理
        • 主要用于【实时控制】和【实时信息处理】领域
      • 特点：
        • 多路性
        • 独立性
        • 及时性
        • 共享性
        • 可靠性
      • 优点和缺点：
        • 优点：
          • 略
        • 缺点：
          • 略
  • 操作系统产品现状：
• 操作系统的特征：
  • 特征：
    • 现代操作系统都支持【多任务】，具有【并发】、【共享】、【虚拟】和【异步性】特征
  • 四种特征：
    • 并发：
      • 两个或多个事件在【同一时间间隔内】发生
      • 【补】并行：多个事件在【同一时间内】发生
    • 共享：
      • 共享的定义：
        • 系统中的资源可供内存中多个并发执行的进程共同使用
      • 两种共享方式：
        • 互斥共享：任意时刻一种资源只能被一个进程访问
        • 同时共享：从宏观上看，资源可以被多个进程同时访问
    • 并发与共享的关系是相互依赖的
    • 虚拟：
      • 最常用于【内存虚拟化】，用户感觉到的内存大于实际内存
    • 异步性：
      • 进程以不可预知的速度向前推进
• 操作系统的功能：
  • 管理计算机资源：
    • 内存管理：
      • 含义：
        • 为多道程序的运行提供良好的环境，方便用户使用内存，提高【内存的利用率】，以及从【逻辑上扩充内存】以实现【虚拟存储】
      • 内容：
        • 内存分配：
          • 静态分配方式：
            • 把内存划分成大小数量固定的区域
            • 大小数量不再变化
          • 动态分配方式：
            • 根据进程实际分配请求分配内存
            • 大小数量动态变化
        • 内存保护：
          • 作用：
            • 使操作系统【内核】的空间不会被用户随意访问，保证系统的安全和稳定
            • 确保【每道用户程序】都在【自己的内存空间】中运行，互不干扰
          • 界限寄存器：
            • 上限寄存器
            • 下限寄存器
        • 地址映射：
          • 逻辑地址：
            • 按逻辑顺序排列的地址
          • 物理地址：
            • 内存中的实际存在的地址
          • 地址映射就是把【逻辑地址】转换为【物理地址】
        • 内存扩充：
          • 虚拟技术：从【逻辑上扩充内存容量】，使系统能够向用户提供比物理内存大的存储容量
          • 两大功能：
            • 请求调入功能：
              • 程序运行过程中若发现要执行的指令或访问的数据尚未装入内存，通过【请求调入】将需要指令或数据【装入内存】
            • 置换功能：
              • 在请求调入时，若发现内存空间不足，需要先将【内存中】的一部分内容【换到外存中】，以便腾出内存空间装入当前需要的内容
    • 进程管理：
      • 内容：
        • 进程的描述与组织
        • 进程控制
        • 进程同步
        • 进程通信
        • 进程调度
      • 进程控制：
        • 进程创建
        • 撤销进程
        • 唤醒进程
        • 阻塞进程
    • 设备管理：
      • 主要内容：
        • 完成用户的I/O请求
        • 为用户分配I/O设备
      • 功能：
        • 缓冲管理
        • 设备分配
        • 设备处理
        • 设备独立性和虚拟设备
    • 文件管理：
  • 提供用户接口：
    • 命令接口：
      • 内容：
        • 为了方便用户使用操作系统，操作系统向用户提供了用户与操作系统之间的接口
      • 分类：
        • 联机用户接口：
          • 常命令接口由一组【键盘操作命令】和【命令解释程序】组成
        • 脱机用户接口：
          • 为批处理作业的用户提供，也称为【批处理用户接口】
    • 图形用户接口：
      • 用户可以轻松地通过【选择窗口、菜单、对话框、滚动条、图标】等简单的操作来完成对作业和任务的提交与控制
    • 程序接口：
      • 向程序员提供应用程序与操作系统之间的接口，就是【系统调用】
• 操作系统的体系结构：
  • 定义：
    • 操作系统的体系结构是操作系统作为一种【软件】的体系结构，对操作系统的可靠性、灵活性和可移植性等方面都有重要影响
  • 五种体系结构：
    • 简单的监控程序模型：
      • 内容：【功能简陋】，任意时刻系统中只能运行一个任务，保证了对系统信息的互斥访问，保护了系统数据的安全
      • 典型的代表：
        • FMS
        • IB-SYS
    • 单体结构模型：
      • 内容：【所有的软件和数据结构都放置在一个逻辑模块中】，对外层的用户程序提供一个完整的内核界面—系统调用
      • 典型的操作系统：
        • UNIX
        • MS-DOS
        • Linux
        • Mac OS X
        • BSD
    • 层次结构模型：
      • 内容：
        • 【将操作系统分解为多个小的、容易理解的层】
        • 系统功能被隔离在不同层中
    • 客户/服务器模型与微内核结构：
      • 内容：核心功能外移，把【传统操作系统内核中】的一些组成部分放到内核之外作为一个独立的服务器进程来实现
      • 除去了【文件系统】、【网络】、【驱动程序】，保留了【处理机调式】、【存储管理】、【消息通信】
      • 典型的操作系统：
        • WindowsNT
        • COS-IXV2.3
        • Vxworks
    • 动态可扩展结构模型:
      • 在运行过程中，能够【动态地实现】系统行为扩展的结构，也可称之为弹性结构
• 指令的执行：
  • 定义：
    • 【程序是指令的集合】，程序的执行就是按照某种控制流执行指令的过程
  • 指令周期：
    • 一个【单一指令】需要的【处理】称为【指令周期】
    • 个指令周期可以划分为两个步骤，分别是【取指周期】和【执行周期】
    • 两个周期：
      • 取指周期：
        • 【程序计数器（PC）】保存有【下一次要取的指令的地址】
      • 执行周期：
        • 【取到的指令】被放置在处理器的【指令寄存器（IR）中】
  • 指令的动作：
    • 内容：
      • 指令中包含确定处理器要采取动作的位，【处理器解释指令并执行要求的动作】
    • 四个动作：
      • 【处理器与存储器】之间的【指令或数据传送操作】
      • 【处理器与I/O设备】之间的【指令或数据传送操作】
      • 【算术运算】操作或【逻辑运算】操作
      • 【控制】操作，即【修改指令的执行顺序】的操作