第一章 操作系统概论

这是一篇关于第一章 操作系统概论的思维导图，包含考点1至考点17，系统且全面地覆盖了操作系统概论的核心知识点。从操作系统的定义、特征、观点、功能，到不同类型的操作系统，逻辑清晰，层次分明.

第一章 操作系统概论

• 考点1 计算机系统
  • 计算机系统包括
    • 硬件（子）系统
      • 硬件系统是计算机系统赖以工作的实体。
        • 中央处理器（CPU=运算器+控制器）
        • 内存储器（又称主存）
        • 外存储器（磁盘、磁带等）
        • 输入输出设备（键盘、鼠标、显示器、打印机等）
    • 软件（子）系统
      • 软件系统保证计算机系统按用户指定的要求协调工作（灵魂）。
        • 软件系统 = 程序+数据
  • 计算机系统的资源包括两大类：
    • 硬件资源
    • 软件资源
• 考点2 操作系统的定义
  • 操作系统是计算机系统中的一个系统软件，它是这样一些程序模块的集合：
    • 它们能有效地组织和管理计算机系统中的硬件及软件资源
    • 合理地组织计算机工作流程
    • 控制程序的执行
    • 向用户提供各种服务功能，使得用户能够灵活、方便、有效地使用计算机
    • 使整个计算机系统能高效地运行
• 考点3 操作系统的特征
  • 1.并发性
    • 含义:操作系统能够同时管理多个任务的执行。
    • 注意“并发”与“并行”的区别：
      • 并发
        • 微观上任务交替执行（如单核CPU通过时间片轮转实现多任务）。
      • 并行
        • 真正同时执行（需多核硬件支持）。
    • 示例
      • 边下载文件边编辑文档，系统在进程/线程间快速切换。
  • 2.共享性
    • 含义:资源被多个进程或用户共同使用，分为两种形式：
      • 互斥共享
        • 资源某一时刻仅允许一个进程使用（如打印机）。
      • 同时访问
        • 资源可被多个进程同时使用（如只读文件）。
    • 关键问题
      • 通过同步机制避免资源竞争（如锁、信号量）。
  • 3.虚拟性
    • 含义：将物理资源抽象为逻辑上的多份，使每个用户/进程仿佛独占资源。
    • 典型应用：
      • 虚拟内存：将磁盘空间扩展为“内存”，进程感知到连续地址空间。
      • CPU虚拟化：通过分时复用，每个进程感觉独占CPU。
  • 4.异步性
    • 含义：进程的执行顺序和完成时间不可预知（如因资源竞争或中断），但结果需保证正确性。
    • 核心要求：系统必须处理不确定性，通过同步机制确保结果一致性。
• 考点4 研究操作系统的观点
  • 1、软件的观点
    • 操作系统是一种大型软件系统，它是多种功能程序的集合。
    • 有软件的外在特性和内在特性。
  • 2、资源管理的观点
    • 在计算机系统中的硬件和软件资源可以分成以下几部分：
      • 中央处理器（CPU）、存储器（内 存和外存）、外部设备和信息（文件）。
  • 3、进程的观点
    • 操作系统看作由多个可以同时独立运行的程序和一个对这些程序进行协调的核心所组成
  • 4、虚机器的观点
    • 是从系统功能分解的角度出发，考虑操作系统的结构。
  • 5、服务提供者的观点
• 考点5 操作系统的功能
  • 1、进程管理（处理器管理）
    • 进程控制
    • 进程同步
    • 进程间通信
    • 调度
  • 2、存储管理
    • 内存的分配与回收
    • 存储保护
    • 内存扩充
  • 3、文件管理
    • 文件存储空间管理
    • 目录管理
    • 文件系统的安全性
  • 4、设备管理
  • 5、用户接口
• 考点6 不同时期的操作系统
  • 1.手工操作
  • 2.监控程序（早期批处理）
  • 3.多道批处理
  • 4.分时与实时系统
  • 5.UNIX通用操作系统
  • 6.个人计算机操作系统
  • 7.当代操作系统两大发展方向——宏观应用与微观应用：
    • 大型系统：分布式操作系统、机群操作系统
    • 微型系统：嵌入式操作系统
• 考点7 批处理操作系统
  • 收到一定数量的用户作业后，组成一批作业，输入到计算机，在系统中形成一个连续的、 自动转接的作业流
  • 优点：
    • 成批处理、系统资源利用率高、作业吞吐率高、作业流程自动化较高、作业吞吐量大
  • 缺点：
    • 用户不能直接与计算机交互，不适合调试程序
  • 分类：
    • 简单批处理系统和多道批处理系统
  • 为了提高硬件资源的利用率，批处理系统发展为更加高级的多道批处理系统，关键技术就是多道程序运行、假脱机（SPOOLing）技术等
  • 假脱机技术，全称是“同时的外部设备联机操作”，借助硬件通道技术，实现了输入输出操作和处理器动作的自动并行处理。
• 考点8 分时操作系统
  • 分时操作系统出现在批处理操作系统之后，弥补批处理方式不能向用户提供交互式快速服务的缺点。
  • 用户通过终端交互式地向系统提出命令请求，系统接受用户的命令之后，采用时间片轮转方式处理服务请求，并通过交互方式在终端上向用户显示结果。用户根据系统送回的处理结果发出下一道交互命令。
  • 将CPU的时间划分成若干个小片段，称时间片。操作系统以时间片为单位，轮流为每个终端用户服务
  • 分时操作系统具有多路性、交互性、独占性和及时性的特点
• 考点9 实时操作系统
  • 实时操作系统（RTOS：Real Time Operating System）：
    • 在规定时间内，及时响应外部事件请求，完成事件处理，控制实时设备和实时任务协调一致工作。
  • 实时系统为实现硬实时或软实时的要求，需要具备以下能力：
    • （1）实时时钟管理
    • （2）过载防护
    • （3）高可靠性
• 考点10 个人计算机操作系统
  • 个人计算机操作系统（Personal Computer Operating System）是一种单用户的操作系统
  • 个人计算机操作系统的主要特点：
    • 计算机在某一时间内为单个用户服务
    • 采用图形界面人机交互的工作方式，界面友好
    • 使用简单方便
• 考点11 网络操作系统
  • 网络操作系统（Network Operating System）是基于计算机网络的、在各种计算机操作系统之上按网络体系结构协议标准设计开发的软件
• 考点12 分布式操作系统
  • 分布式系统（Distributed System）将大量的计算机通过网络连结在一起，获得极高的运算能力及广泛的数据共享
  • 分布式操作系统（Distributed Operating System）是网络操作系统的更高级形式，分布式操作系统除了保持了网络操作系统的各种功能之外，还具备如下的特征：
    • （1）系统中的所有主机使用统一的操作系统
    • （2）资源深度共享。
    • （3）透明性。
    • （4）自治性
• 考点13 嵌入式操作系统
  • 嵌入式操作系统用于工业控制、交通管理、信息家电等嵌入式系统，设计紧凑、高效，只保留运行在其上的特定应用程序所需要的功能
  • 嵌入式操作系统的特点：
    • （1）系统内核小。
    • （2）专业性强。
    • （3）系统精简。
    • （4）高实时性。
    • （5）多任务的操作系统。
• 考点14 其他类型操作系统
  • （1）大型机操作系统
  • （2）服务器操作系统
  • （3）多处理操作系统
  • （4）移动计算操作系统
  • （5）传感器节点操作系统
  • （6）智能卡操作系统
• 考点15 操作系统的设计过程及目标
  • 操作系统的设计过程可分为三个部分：功能设计、算法设计和结构设计
  • 一个高质量的操作系统应具有可靠性、高效性、易维护性、易移植性、安全性和简明 性等特征
• 考点16 操作系统结构研究的目标
  • （1）系统模块化
    • 将模块看做一组数据结构以及定义在其上的一组操作
  • （2）模块标准化
    • ①标准设计，模块规格划一，遵循相同模块构造准则和模块（构件）标准
    • ②总结、提炼基本成份并定型化
  • （3）通信规范化
    • 模块之间接口清晰划一，联系方式统一
• 考点17 操作系统结构的体系结构
  • 1、整体式结构
  • 2、层次式结构
  • 3、微内核（客户/服务器）结构
    • （1）运行在内核态的内核
    • （2）运行在用户态的并以客户/服务器方式运行的进程层
  • 4、外核结构