导图社区 第一章：操作系统引论
操作系统是一组能有效组织和管理计算机硬件和软件资源，合理的对各类作业进行调度，以及方便用户使用的程序的集合。
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第一章：操作系统引论
定义
目的：为多道程序的运行提供良好的运行环境，保证多道程序能有条不紊，高效的运行，并能最大程度的提高系统中各项资源的利用率。
1.1.1目标
有效性
充分利用系统资源
可扩充性
便于功能的增加和修改
开放性
程序的可移植和可操作性
1.1.2作用
OS作为用户与计算硬件系统之间的接口（人机接口）
OS作为计算机系统资源的管理者（系统资源管理者）
OS实现了对计算机资源的抽象（资源的抽象形式）
扩充机器或虚机器
1.1.3发展动力
不断提高计算机资源利用率
方便用户
器件的不断更新换代
计算机体系结构的不断发展
不断提出新的应用需求
1.2发展过程
1.2.1未配置操作系统的计算机系统
人工操作方式
脱机输入/输出方式
优点
减少了CPU的空闲时间
提高了IO速度
缺点
磁带人工拆卸
系统的保护问题
1.2.2单道批处理系统
定义：系统对作业的处理成批进行，但内存中始终只保持一道作业
系统资源得不到充分利用
CPU利用率显著降低
1.2.3多道批处理系统
资源利用率高
系统吞吐量大
平均周转时间长
无交互能力
需要解决的问题
处理机争用问题
内存分配和保护问题
I/O设备分配问题
作业管理问题
文件的组织和管理问题
用户与系统的接口问题
1.2.4分时系统
定义：在一台主机上连接了多个配有显示器和键盘的终端并由此所组成的系统，该系统允许多个用户同时通过自己的终端，以交互方式使用计算机，共享主机中的资源
用户需求
人机交互
共享主机
关键问题
及时接收
及时处理
作业直接进入内存
采用轮转运行方式
特征
多路性
允许多个用户共享一台计算机
独立性
每个用户在自己的终端上进行操作，互不干扰
及时性
用户的请求能在很短时间内获得响应
交互性
用户可通过终端与系统进行广泛的人机对话
1.2.5实时系统
定义：系统能及时响应外部事件的请求，在规定的时间内完成对该事件的处理，并控制所有实时任务协调一致地运行
类型
工业武器控制系统
信息查询系统
多媒体系统
嵌入式系统
与分时系统的比较
有好有坏
可靠性
1.2.6微机操作系统
定义：配置在微型机上的操作系统
分类
1、单用户单任务操作系统
2、单用户多任务操作系统
3、多用户多任务操作系统
1.3基本特性
并发
并行与并发
并行：两个或多个事件在同一时刻发生
并发：两个或多个事件在同一时间间隔内发生
引入进程
为进一步提高系统的并发程度，引入线程，线程是OS中独立运行和独立调度的基本单位
进程：在系统中能独立运行并作为资源分配的基本单位，由一组机器指令、数据和堆栈等组成的，是一个能独立运行的活动实体。多个进程之间可以并发执行并交换信息
极大提高系统资源的利用率
增加系统吞吐量
共享
指系统中的资源可供内存中多个并发执行的进程共同使用
互斥共享方式
如打印机磁带机等
把这种在一段时间内只允许一个叫进程访问的资源，称为临界资源。
同时访问方式
允许在一段时间内有多个进程“同时”对他们进行访问。
微观上是交替进行的
多用户（多任务）OS的两个最基本特征
虚拟
把一个物理实体变成若干个逻辑上的对应物的功能
时分复用技术
能提高资源利用率的根本原因在于它利用某设备为一用户服务的空闲时间，又转去为其他用户服务，使设备得到最充分的利用
虚拟机处理技术
虚拟设备技术
空分复用技术
利用存储器的空闲空间分区域存放和运行其他的多道程序，以此来提高内存的利用率
异步
进程是以人们不可预知的速度向前推进的，此即进程的异步性。
1.4主要功能
1.4.1处理机管理功能
1、进程控制
创建和撤销进程
控制进程在运行过程中的状态转换
2、进程同步
协调诸进程的运行
3、进程通信
实现进程之间的信息交换
4、调度
指按一定的算法把处理机分配给进程
作业调度
进程调度
1.4.2存储器管理功能
主要任务
为多道程序的运行提供良好环境，提高存储器的利用率，方便用户使用，并能从逻辑上扩充内存。
功能
1、地址映射
2、内存分配
3、内存保护
1、确保每道用户程序都进在自己的内存空间内运行，彼此互不打扰
2、决不允许用户程序访问操作系统的程序和数据，也不允许用户程序转移到非共享的其他用户程序中去执行
4、内存扩充
1.4.3设备管理功能
1、完成用户进程提出的I/O进程，为用户进程分配所需的I/O设备，并完成指定的I/O操作
2、提高CPU和I/O设备的利用率，提高I/O速度，方便用户使用I/O设备。
1、缓冲管理
引入缓冲cache,可有效缓和CPU和I/O设备速度不匹配的矛盾，提高CPU利用率
2、设备分配
3、设备处理
1.4.4文件管理功能
对用户文件和系统文件进行管理以方便用户使用，并保证文件的安全性
1、文件存储空间的管理
2、目录管理
文件的读/写管理和保护
1.4.5操作系统与用户之间的接口
用户接口
联机用户接口
脱机用户接口
图形用户接口
程序接口
1.4.6现代操作系统的新功能
系统安全
网络的功能和服务
支持多媒体
1.5 OS结构设计
1.5.1传统操作系统结构
1、无结构操作系统
2、模块化结构OS
分层式结构OS
1.5.2客户/服务器模式
组成
客户机
服务器
网络系统
客户/服务器之间的交互
（1）客户发送请求消息
（2）服务器接收消息
（3）服务器回送消息
（4）客户机接收消息
（1)、数据的分布处理和存储
（2）、便于集中管理
（3）、灵活性和可扩充性
（4）、易于改编应用软件
1.5.3面向对象的程序设计
1.5.4微内核OS结构
基本概念
足够小的内核
基于客户服务器模式
应用机制与策略分离原理
采用面向对象技术
基本功能
进程（线程）管理
低级存储器管理
终端和陷入处理
提高了系统的可扩展性
增强了系统的可靠性
可移植性强
提供了对分布式系统的支持
融入了面向对象技术
存在的问题
运行效率有所降低
