操作系统概览

操作系统概览

概念

计算机系统由硬件和软件两部分组成。操作系统（OS，Operating System）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补充。

操作系统的目标

1. 有效性

   • 提高系统资源利用率
   • 提高系统的吞吐量

2. 方便性

   • 使得计算机更容易被使用

3. 可扩充性

   • 方便增加新的功能和模块

4. 开放性

   • 提供统一的开放环境
   • 遵循世界标准规范

操作系统的作用

1. 作为用户与计算机硬件系统之间的接口，使用用户更方便使用
2. 作为计算机系统资源的管理者，对资源进行协调提高系统各种资源的利用率
3. 实现对计算机资源的抽象

操作系统分类

1. 单用户操作系统

   早期的微型计算机上运行的操作系统每次只允许一个用户使用计算机，被称为单用户微机操作系统，如CP/M，MS-DOS等。

2. 批处理操作系统

   采用批量处理作业技术的操作系统称为批处理操作系统。其中批处理作业是指用户将一批作业提交给操作系统后就不再干预，由操作系统控制它们自动运行。并且分为单道批处理系统和多道批处理系统，不具有交互性。

   • 多道：同时多个作业在外存中排好队列，系统按一定的调度原则从后备作业队列中选出一个或者多个作业进入内存。
   • 单道：内存中仅有一道程序运行。

3. 分时操作系统

   一台计算机采用时间片轮转的方式同时为几个、几十个甚至几百个用户服务的一种操作系统。

4. 实时操作系统

   当外界事件或数据产生时，能够接受并以足够快的速度予以处理，其处理的结果又能在规定的时间之内来控制生产过程或对处理系统做出快速响应，调度一切可利用的资源完成实时任务，并控制所有实时任务协调一致运行的操作系统。

   • 硬实时（如果不能在允许时间内完成使物体可达的计算，操作系统将因错误结束
   • 软实时（生产线仍然能继续工作，但产品的输出会因产品不能在允许时间内到达而减慢，这使机器人有短暂的不生产现象

操作系统的基本特性

1. 并发性

   • 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
   • 进程：操作系统引入进程的目的就是为了使得多个程序能并发执行，系统必须为每个程序建立进程。
   • 线程：20世纪80年代中期提出的比进程更小的单位，进一步提高系统的并发行

2. 共享性

   • 共享：系统中的资源可供内存中多个并发执行的进程（线程）共同使用，也称之为资源共享或资源复用
   • 互斥共享：系统中某些资源一段时间内只允许一个进程进行访问，一个进程访问结束并释放掉该资源后才允许其他资源访问。这种资源被称之为临界资源或独占资源。
   • 同时访问：允许多个进程（线程）“同时”进行访问（这里的同时往往是指宏观上的同时）

3. 虚拟技术

   • 时分复用技术

     • 虚拟处理机技术
     • 虚拟设备技术

   • 空分复用技术

     • 虚拟磁盘技术
     • 虚拟存储器技术

4. 异步性

   • 进程的异步性：进程是以人们不可预知的速度向前推进

操作系统的主要功能

• 处理机管理功能

  • 进程控制
  • 进程同步
  • 进程通信
  • 调度

• 存储器管理功能

  • 内存分配
  • 内存保护
  • 地址映射
  • 内存扩充

• 设备管理功能

  • 缓冲管理
  • 设备分配
  • 设备处理

• 文件管理功能

  • 文件存储空间管理
  • 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
  • 程序接口

总结

总而言之，言而总之，操作系统是为了让我们的计算机更高效的为我们工作。