第一章操作系统引论

操作系统引论、操作系统的目标和作用、操作系统的发展过程、操作系统的基本特征、操作系统的运行环境、操作系统的主要功能等。

第一章操作系统引论

• 1.1操作系统的目标和作用
  • 目标：方便性，共享性，可扩充性，有效性
  • 作用：
    • 1.OS作为用户与计算机硬件系统之间的接口：通过命令方式。系统调试方式和图形窗口方式实现自身与OS的通信
    • 2.OS作为计算机系统资源的管理者：资源通常分为：处理机，存储器，I/O设备以及信息。为防止发生冲突，OS必须对共享资源使用请求进行授权，以协调诸多用户对共享资源的使用。
    • 3.OS实现了对计算机资源的抽象：为了方便用户使用I/O设备，在裸机上覆盖了一层I/O软件，使用户可以利用这些数据结构及操作命令进行输入输出而不需要关注I/O具体是如何实现的
  • 推动操作系统发展的主要动力
    • 1.不断提高计算机系统资源的利用率
    • 2.方便用户
    • 3.器件不断更新换代
    • 4.计算机体系结构不断发展
    • 5.不断提出新的应用需求
• 1.2操作系统的发展过程
  • 未配置操作系统的计算机系统
    • 人工操作方式：1.用户独占主机2.CPU等待人工操作
    • 脱机I/O方式：1.减少了cpu的空闲时间2.提高了I/O速度.
  • 单道批处理系统
    • 单道批处理系统过程：实现对作业的连续，相当于串行工作模式
    • 单道批处理系统的缺点：资源得不到充分利用。
  • 多道批处理系统
    • 基本概念：用户提交要求会被先存放在外存上并形成一个队列，相当于并行工作
    • 优缺点：1资源利用率高2.系统吞吐量大3.平均中转时间长4.无交互能力
    • 需要解决的问题：1.争用处理机问题2.内存分配与保护问题3.I/O设备分配问题4.文件的组织与管理问题5.作业管理问题6.用户与系统的接口问题
  • 分时系统
    • 引入：为了满足用户1.人机交互2.共享主机，问题引入分时系统。。并发执行
    • 关键问题：1.及时接纳（命令缓冲区）2.及时处理（作业之间进入内存，采用轮转运行方式）
    • 特征：1.多路性2.独立性3.及时性4.交互性
  • 实时系统
    • 基本概念：系统能及时响应外部事物的请求，在规定时间内完成对该事件的处理，并控制所以实时任务协调一致的运行
    • 实时系统的类型
      • 1.工业控制系统2.信息查询系统3.多媒体系统4.嵌入式系统
    • 实时任务的类型：1.周期性和非周期性实时任务2.硬实时性任务和软实时性任务
    • 实时系统与分时系统特征比较：1.多路性弱2.独立性强3.及时性强4.交互性弱5.可靠性高
  • 微机操作系统：1.单用户单任务2.单用户多任务3.多用户多任务
  • 嵌入式操作系统：
    • 特点：1系统内核小2.系统精简3.实时性高4.具有可配置性
  • 网络操作系统
    • 特点：1.硬件独立性2.接口一致性3.资源透明性4系统可靠性5.执行并行性
    • 功能：1连接的建立与拆除2.报文的分解与组装3.传输控制4.流量控制5.差错的检测与纠正
  • 分布式操作系统
    • 概念：是多个处理机通过通信线路互联而构成的松散耦合系统，系统的处理和控制功能分布在各个处理机上
    • 特征：1.分布性2.透明性3.同一性4全局性
• 1.3操作系统的基本特征
  • 并发
    • 并行与并发：1.并行：两个或多个事件在同一时刻发生2.两个或多个事件在同一时间间隔内发生（交替轮转）
  • 共享
    • 1.互斥共享
    • 2.同时共享
  • 虚拟
    • 时分复用技术（不同时间段，用不同身份）：1.虚拟处理机技术2.虚拟设备技术
    • 空分复用技术：不同空间，用不同身份
  • 异步
    • 处于走走停停状态
• 1.7系统调用
  • 基本概念：1.运行在不用的系统状态2.状态的转换3.返回问题4.嵌套调用
  • 系统调用类型：1.进程控制类调用2.文件操纵类系统调用3.进程通信类系统调用
• 1.6操作系统的结构
  • 简单结构：例MS-DOS系统
  • 模块化结构
    • 概念：按其功能精细的划分为若干个具有一定独立性和大小的模块
    • 模块独立性：指标1.内聚性2.耦合度
    • 模块-接口法优缺点：优点1.提高了OS设计的正确性可理解性和易维护性2.增强了OS的可适应性3.加速了OS的开发过程。缺点：1.在设计OS时，对各模块间接口的规定很难满足划分完成后模块对接口的实际需求2.在OS设计阶段，程序员很难做到“设计中的每一步决定”
  • 分层式结构
    • 概念：将无序性变为有序性
    • ：优，缺点：优：1易保证系统的正确性2.可保证系统的易维护性和可扩充性。缺点：1.系统效率太低
  • 微内核结构
    • 概念：为提高OS的正确性，灵活性，易维护性，可扩充性提出：1.足够小内核2.基于客户服务器模式3.采用策略与机制分离原则4.采用面向对象技术
    • 基本功能：1.进程管理2.低级存储管理3.中断和陷入处理
    • 优点：1.提高了系统可扩充性2.增强了系统可靠性3.增强了系统的可移植性4.提供了对分布式系统的支持5.融入了面向对象技术
  • 外核结构
    • 概念：内核不提供传统OS中的进程，虚拟存储器等抽象事物。而专注于物力资源隔离与复用。
• 1.5操作系统的主要功能
  • 处理机管理功能
    • 1.进程控制2.进程同步3.进程通信4.调度
  • 存储器管理功能：1.内存分配与回收（1.静态分配2.动态分配）2.内存保护3.地址映射4.内存扩充（1.请求调入功能2.置换功能）
  • 设备管理功能：1缓冲管理2.设备分配3.设备处理
  • 文件管理功能1.文件存储空间管理2.目录管理3.文件的读/写管理和保护
  • 接口管理功能：1.用户接口（1.联机用户接口2.脱机用户接口3.图形用户接口）2.程序接口
  • 现代操作系统新功能
    • 1.保障系统安全：1.认证技术2.密码技术3.访问控制技术4反病毒技术
    • 2.支持用户通过联网获取服务：1.网络通信2.资源管理3.应用互操作
    • 3.可处理多媒体信息：1.接纳控制功能2.实时调度3.存储多媒体文件
• 1.4操作系统的运行环境
  • 操作系统内核
    • 常驻内存，通常与硬件紧密相连
    • 支撑功能：1.中断处理2.时钟管理3.原语操作（不可并发，不可执行，指令集程序段）
    • 资源管理功能：1.进程管理（静态单位）2.存储器管理3.设备管理
  • 处理机的双重工作模式
    • 处理机至少需要两种单独运行模式：1.用户态（不能执行特权指令）2.内核态（执行包括特权指令的一切指令）
  • 中断与异常
    • 异常是一种由软件引起的中断或源于出错或源于用户程序的特定请求
    • 中断：是是硬件通过系统总线发送信号到CPU来触发的是计算机体系结构的重压组成部分