计算机操作系统笔记（1）

注：笔记主要来自西安电子科技大学出版的《计算机操作系统》一书，侵删
若有不当，欢迎指出

第一章（操作系统引论）

1.1（操作系统的目标和应用）

操作系统（OS）是配置在计算机硬件上的第一层软件，是对硬件系统的首次扩充。
操作系统的定义：操作系统是一组能有效地组织和管理计算机硬件和软件资源，合理地对各类作业进行调度，以及方便用户使用的程序的集合。

（关键点：系统软件、程序模块集合、资源管理和用户接口功能）

配置操作系统的主要目标：方便性、有效性、可扩充性和开放性。
操作系统的作用：

1. 用户与计算机硬件系统之间的接口；
2. 计算机系统资源的管理者；
3. 实现了对计算机资源的抽象（作为扩充器/虚拟机）。

虚拟机：在裸机上加上一层软件形成“功能更强的机器”。

1.2（操作系统的发展过程）

人工操作方式：

• 缺点（人机矛盾）
  1、用户独占全机
  2、CPU等待人工操作（利用率低）

脱机输入/输出方式：
（程序和数据的输入/输出是外围机控制下完成的（脱离主机，不受CPU控制））

• 优点
  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（OS前身）：
（提高系统资源利用率和系统吞吐量；监督程序：运行控制权）

• 特点：自动性、顺序性、单道性。
• 缺点：系统资源得不到充分的利用（运算为主，则外设空闲，I/O为主，则运算空闲）

多道批处理系统：

• 优点
  1、资源利用率高
  2、系统吞吐量大
• 缺点
  1.平均周转时间长
  2.无交互能力
• 需要解决的问题
  1、处理机争用问题
  2、内存分配和保护问题
  3、I/O设备分配问题
  4、文件的组织和管理问题
  5、作业管理问题
  6、用户与系统的接口问题
• 缺点解决：
  增加一组软件，包括
  1、组织和管理四大资源的软件
  2、调度作业和控制运行的软件
  3、方便用户使用的软件

分时系统：

• 特征：一台主机，多个终端，这些终端以交互方式使用计算机，共享主机中的资源。
• 终端：只有输入和输出。
• 用户需求：人-机交互，共享主机。
• 分时系统要处理的问题：
  及时接受
  及时处理（运作方式：作业直接进入内存，采用轮转运行机制）

实时系统：

• 特征：能及时响应外部事件的要求，在规定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。
• 实时系统的类型：
  工业控制系统
  信息查询系统
  多媒体系统
  嵌入式系统
• 实时任务的类型：
  周期性实时任务和非周期性实时任务
  硬实时任务和软实时任务

分时系统和实时系统的特征比较：

1. 多路性
   分时系统：按分时原则为用户服务
   实时系统：周期性对多路现场信息进行采集，对多个对象或执行机构进行控制
2. 独立性
   分时系统：终端用户彼此相互独立互不干扰
   实时系统：对信息的采集和对象的控制互不干扰
3. 及时性
   分时系统：按用户所能接受的时间而确定
   实时系统：以控制对象要求的截止时间来确定
4. 交互性
   分时系统：向终端用户提供数据处理、资源共享等服务
   实时系统：仅限用户访问某种特定的程序等
5. 可靠性
   分时系统：要求可靠
   实时系统：要求高度可靠

分时系统对响应时间的要求比实时系统高。

微机操作系统的发展：单用户单任务操作系统->单用户多任务操作系统->多用户多任务操作系统

1.3（操作系统的基本特性）

1. 并发

并行与并发：
并行性：两个或多个事件在同一时刻发生
并发性：两个或多个事件在同一时间间隔内发生
进程：
在系统中能独立运行并作为资源分配的基本单位

2. 共享

实现资源共享的两种方式：互斥共享方式、同时访问方式

3. 虚拟

时分复用技术、空分复用技术

4. 异步

多个进程并发执行，每个进程都以不可预知的速度向前推进

课程讲到第三节（1.3）就结束第一章了，第一章剩下的内容随便写

1.4（操作系统的主要功能）

传统操作系统应具有的基本功能：处理机管理、存储器管理、设备管理、文件管理等。
进程：在内存中正在运行的程序。

处理机管理功能（对进程的管理/处理机的调度管理）：

• 进程控制
• 进程同步
  包括进程互斥方式和进程同步方式
• 进程通信
  实现相互合作进程之间的信息交换
• 调度
  在传统OS中，调度包括作业调度和进程调度两步。（数据和程序）

存储器管理功能

• 内存分配
• 内存保护
• 地址映射
  完成逻辑地址和物理地址的转换
• 内存扩充
  借助虚拟存储技术从逻辑上扩充内存容量。

设备管理功能：

• 缓冲管理
  缓和CPU和I/O速度不匹配的问题
• 设备分配
• 设备处理（设备驱动程序）

文件管理功能

• 文件存储空间的管理
• 目录管理
• 文件的读/写管理和保护

操作系统与用户之间的接口

• 用户接口：提供给用户使用的接口，用户可通过该接口取得操作系统的服务。
  包括联机、脱机、图形用户接口
• 程序接口：提供给程序员在编程时使用的接口
  用户程序取得操作系统服务的唯一途径

现代操作系统的新功能：

• 系统安全：认证技术、密码技术、访问控制技术、反病毒技术
• 网络的功能和服务：网络通信、资源管理、应用互操作
• 支持多媒体：接纳控制、实时调度、多媒体文件存储

1.5（OS结构设计）

传统结构的OS：无结构的OS（第一代）、模块化结构的OS（第二代）、分层式结构的OS（第三代）
现代结构的OS：微内核结构的OS

传统操作系统的结构：

• 无结构的OS（整体系统结构）
• 模块化结构OS
  采用模块式程序设计、模块独立性要高（高内聚低耦合）
• 分层式结构OS
  在目标系统和裸机系统（宿主系统）之间铺设若干层次的软件，采用自底向上法铺设。
  将一个操作系统划分为若干层，每层又由若干模块组成，每层仅依赖于相邻的低层。