计算机：操作系统原理

操作系统原理第一章 操作系统概述，初步认识，系统功能和定义，发展历史，分时技术和分时操作系统，典型操作系统。后面总结好章节在发布。

操作系统原理·第一章

• 操作系统的定义： 操作系统是一个大型系统程序 ~提供用户接口，方便用户控制计算机； ~负责为应用程序分配和调度软硬件资源，并控制与协调应用程序并发活动，帮助用户存取和保护信息。 操作系统的地位： 各种各样的应用程序~~~~~~~~~应用程序 调试程序 | 装入程序 | 编辑程序 编译程序 | 汇编程序 | 装配程序 操作系统~~~~~~~~~~~~~~~~~系统程序 机器语言 微程序 裸机~~~~~~~~~~~~~~~~~~~硬件部分
• 1.1 操作系统初步认识
  • 桌面常见四大操作系统
    • Windows
    • Linux
    • Mac
    • unix
  • 操作系统与普通软件有巨大差别
  • 没有安装操作系统的计算机能干什么？
    • 能运行程序么？——能
      • 普通用户不能正常使用
  • 基本功能
    • 提供操作界面
    • 控制程序运行
    • 管理系统资源
    • 配置系统参数
    • 监控系统状态
    • 工具软件集合
• 1.2 操作系统功能和定义
  • 功能一：进程管理（cpu管理）
    • Windows环境下多个“进程”在并发运行
    • 进程控制：创建，暂停，唤醒，撤销；
    • 进程调度：调度策略，优先级；
    • 进程通信：进程间通信。
  • 功能二：内存管理
    • 内存分配
      • 思考：有没有遇到因为内存小导致运行失败的情况？
        • ——理论上不会
    • 内存共享
    • 内存保护
    • 虚拟内存
  • 功能三：设备管理
    • 设备的分配拟和调度
    • 设备无关性作
    • 设备传输控制
    • 设备驱动
  • 功能四：文件管理
    • 存储空间管理
    • 文件的操作
    • 目录的操作
    • 文件和目录的存取权限管理
• 1.3 操作系统发展历史
  • 两大发展动力
    • 用户需求提升
    • 硬件技术进步
  • 计算机发展的四个典型阶段（--速度，容量，稳定性，可靠性提高）
    • 现代的应用需求和计算机性能： 很多领域的应用要求更高速的计算能力和响应能力!
    • 电子管时代【1946-1955】
    • 晶体管时代【1955-1965】
    • 集成电路时代【1965-1980】
    • 大规模集成电路时代【1980-至今】
  • 操作系统发展的四个典型阶段
    • 手工操作（无操作系统）50年代早期（电子管时代）
      • 结构特点
        • 硬件：电子管，接线面板（按钮/开关）
        • 程序：二进制程序，打孔：纸带和卡片
      • 使用特点
        • 程序准备/启动/结束：手工处理。繁琐耗时
      • 缺点
        • 效率低：CPU有效运行时间极低
        • 用户独占
        • 缺少交互
    • 单道批处理系统 50年代（晶体管时代）
      • 工作特点
        • 管理员事先将多个作业输入到磁盘形成作业队列； 操作系统依次自动处理队列的每个作业 装入——运行——撤出... 程序的装入和撤出：自动完成，效率高 运行完毕，通知用户去结果 
        • 批量：作业队列
        • 自动：识别作业，装入和撤出
        • 单道：依次，串行
    • 多道批处理系统 60年代
      • 定义
        • 在内存中存放多道程序，当某道程序因为某种原因（例执行I/O操作时）不能继续运行而放弃CPU时，操作系统便调度另一程序投入运行。这样可以使CPU尽量忙碌，提高系统效率。 
        • 特点
          • 多道：内存同时存放多道程序
          • 并行：宏观上
          • 串行：微观上
        • 缺点
          • 作业处理时间长
          • 交互能力差
          • 运行过程不确定
      • 提高系统CPU利用
      • 提高系统吞吐量
• 1.4 分时系统 60年代中
  • 60年代硬件的两个重大进程
    • 中断技术
      • CPU收到外部信号（中断信号）后，停止当前工作，转去处理该外部事件，处理玩波比后回到原来工作的中断处（断点）继续原来的工作。
    • 通道技术
      • 专门处理外设和内存之间的数据传输的处理机。
  • 背景
    • 事务性任务的涌现
      • 交互性高
      • 响应快速
    • 要求支持多任务/多用户
    • 多终端计算机
      • 高性能主机+多个终端
        • 多终端计算机
          • 主机采用分时技术轮流为每个终端服务。每个终端都感觉到是“独占主机”！
          • 主机：运算，CPU+内存
          • 终端：输入和显示
  • 分时技术
    • 主机以很短的“时间片”为单位，把CPU轮流分配给每个终端使用，直到全部作业被运行完。 由于时间片很短，在终端数量不多的情况下，每个终端都能很快重新获取CPU，使得每个终端都能得到及时响应。 等待周期=时间片×终端数量
  • 特点
    • 多路调制性
      • 多用户联机使用同一台计算机
    • 独占性
      • 用户感觉独占计算机
    • 交互性
      • 及时响应用户的请求
  • 大型分时系统的实践：Multics项目
    • 
    • Unix系统
• 1.5 典型操作系统类型
  • 操作系统的进一步发展（分时系统的衍化）
    • 微机操作系统
      • 背景：随着大规模集成电路发展，进入个人计算机（pc机）时代。 1973年：CP/M操作系统 control program/microprocessor 良好的层次结构：BIOS把操作系统和硬件分隔 易学易用 苹果Mac OS和macintosh（1976年） Mac OS是运行macintosh系列电脑上的操作系统。 Mac OS是首个配有图形界面和鼠标的操作系统。 微软的MS DOS（80年代） 磁盘操作系统 单用户单任务 MS DOS 预装在IBM PC上。 微软Windows操作系统 1985年11月，Windows1.0正式上市 1992年04月，发表Windows 3.1 1993年05月，发表Windows NT Windows95，CE，98,2K，XP,Win7，WIN10，... Windows占有PC市场的巨大份额
    • 多处理机操作系统
    • 网络操作系统
      • 普通操作系统+网络通信+网络服务
      • UNIX/LINUX/WINDOW
      • 网络操作系统功能
        • 透明存取
        • 存取控制
    • 实时操作系统
      • 产生背景
        • 实时事务：军事，工业控制，智能仪器等
        • 要求：某些任务要求优先紧急处理
      • 特点
        • 强调作业完成的时限
      • 硬实时系统：时限要求严格
        • 火炮控制系统
        • 航空航天
        • 制导系统
        • 目标识别和跟踪
        • ............
      • 软实时系统：时限要求不是太严格，尽量快
        • 网络视频
        • 互动网游
        • .........
    • 嵌入式操作系统
      • ≈实时操作系统
      • 软硬件可以裁剪，软硬件一体化的系统
      • 典型系统
        • Android
        • Linux
        • usOS
        • ucLinux
        • vxWorks
        • winCE