操作系统 —— 操作系统概述

操作系统历史

早期批处理

背景

在计算机发展的早期阶段，由于没有任何用于管理的软件，所有的运行管理和具体操作都由用户自己承担。每个作业都由许多作业组成，任何一步的错误操作都可能导致该作业从头开始。在当时，计算机的价格极其昂贵，计算机（CPU）的时间是非常宝贵的，尽可能提高 CPU 的利用率称为十分迫切的任务。

解决的途径有两个：一个是配备专门的计算机操作员，程序员不再直接操作计算机，减少操作错误；另一个是批处理，操作员把用户提交的作业分类，把一批作业编成一个作业执行序列。每一批作业将有专门编制的监督程序自动依次处理。

联机批处理

慢速的输入输出（I/O）设备和主机直接相连。

脱机批处理

增加一台不与主机直接相连的而专门用于与输入输出设备打交道的卫星机。

批处理出现与20世纪50年代末到60年代初，它是为了提高主机的使用效率，在解决人机矛盾（主机高速度和输入输出设备的慢速度的矛盾）的过程中逐步发展起来的。

缺点：磁带（高速的输入输出磁带机）需要人工拆装，既麻烦又易出错；缺乏对操作系统的保护。

在进行批处理过程中，系统程序与用户程序之间存在着一种调用关系，任何一个环节存在问题，整个系统都会停顿；用户程序也可能会破坏监督程序和系统程序，这时，只有操作员进行干预才能恢复。20世纪60年代初期，硬件获得了两方面（即通道和中断技术）的进展，导致操作系统进入执行系统阶段。

通道
一个独立于CPU的专门I/O控制的处理机，控制设备与内存直接进行数据交换。它有自己的通道命令，可由CPU执行相应指令来启动通道，并在操作结束时向CPU发出中断信号。通道指令的格式一般由：操作码，记数段，内存地址段，结束标志组成。

通道与CPU的关系：
CPU与通道可以并行执行，并通过（I/O指令和I/O中断 ）实现彼此间的通讯和同步。

• CPU对通道的请求形式是：通道命令
• 通道对 CPU的请求形式是：中断

通道的作用：
在设备I/O中引入缓冲技术的目的是为了缓和IO设备和CPU设备速度不匹配的矛盾而不是为了节省内存。

多道程序系统

每次只调用一个由用户作业程序进入内存中运行，称为单道运行。
而在单处理机系统中，多道程序运行的特点如下：
（1）多道。计算机内存中同时存放几道相互独立的程序。
（2）宏观上并行
（3）微观上串行

在多道程序系统中，要解决这样一些技术问题：
（1）并行运行的程序要共享计算机系统的硬件和软件资源，既有对资源的竞争，又必须相互同步。因此同步与互斥机制称为操作系统设计中的重要问题。
（2）随着多道程序的增加，出现了内存不够用的问题，提高内存的使用效率也成为关键。因此出现了诸如覆盖技术、对换技术和虚拟存储技术等内存管理技术。
（3）由于多道程序存在于内存中，为了保证系统程序存储区和各用户程序存储区啊的安全可靠，提出了内存保护的要求。

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https://dovahyol.github.io/blog/operating-system/2017/09/03/os.html