操作系统引论
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1.为什么要学习操作系统？
需要总体上掌握系统设计
操作系统包括了所有软件设计/实现问题，资源共享/管理、安全和身份验证、灵活性，健壮性、友好界面设计
存在人们意识不到的大量“操作系统”
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嵌入式系统（PDA、手机-WP7，Android、机顶盒等）
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应用系统中的小操作系统（MINI-OS）
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日常生活中并不总是使用Windows系列的操作系统（Unix、Linux、Apple Macintosh、IBM OS/2等）
涉及到计算机科学的很多领域:
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计算机体系结构/硬件
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软件设计
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程序设计语言
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数据结构
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算法
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抽象
2.操作系统的目的/目标
执行用户程序并使用户问题更易解决。
以一种有效的方式使用资源（有效性--系统管理人员的观点）。
使计算机系统更易于使用（方便性--用户的观点）。
采用新的OS结构,易于功能的增、删、改（可扩充性）。
要求统一开放的环境，各种类型的计算机硬件系统，出自不同的厂家，能通过网络集成并能够正确、有效地协同工作，实现应用程序的移植（开放性）。
3.计算机系统的组成
1.计算机系统的组成
硬件系统（裸机）：CPU、存储器（主存、辅存）、I/O、I/O控制系统
软件系统：系统软件、应用软件
系统软件：管理计算机本身的操作。如操作系统、编译系统
应用软件：提供给用户进行解题。如，科学计算、事务管理
2.计算机系统的层次结构
4.操作系统的作用
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OS作为用户与计算机硬件系统之间的接口
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命令方式
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系统调用方式
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图形、窗口方式
OS作为计算机系统资源的管理者
管理对象包括：CPU、存储器、外部设备、信息（数据和软件）；
管理的内容：资源的当前状态（数量和使用情况）、资源的分配、回收和访问操作，相应管理策略（包括用户权限）……
OS实现了对计算机资源的抽象
在裸机上添加：设备管理、文件管理、存储管理（针对内存和外存）、处理机管理（针对CPU）；
即OS用作扩充机器 (extended machine)/虚拟机(virtual machine)。
5.操作系统的基本特征
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并发(concurrence)
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共享(sharing)
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虚拟(virtual)
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异步性(asynchronism)
1、并发
宏观上：多道程序同时在执行
微观上：任何时刻只有一道程序在执行，即微观上多道程序在CPU上轮流（交替）执行（单机）
并行(parallel)： 与并发相似，指多道程序在同一时刻执行，但需多个硬件支持
程序和进程：在多道程序系统中，程序不能独立运行，更不能和其它程序并发执行。引入进程的目的，就是为了使多个程序并发执行。
进程是OS中拥有资源并独立运行的基本单位。引入线程后，把进程作为分配资源的基本单位，把线程作为独立运行和独立调度的基本单位，进一步提高系统的并发性。
2、共享
指系统中的资源不再为某道程序所独占，而是供多道程序共同使用。
资源共享方式：互斥共享方式、同时访问方式
并发和共享是操作系统的两个最基本的特征，二者互为存在条件：
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资源的共享是以程序（进程）的并发执行为条件。
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程序的并发执行也以资源的共享为条件。
3、虚拟
通过某种技术把一个物理实体映射为若干个对应的逻辑实体——分时（时分复用技术）或分空间（空分复用技术）。
虚拟是操作系统管理系统资源的重要手段，可提高资源利用率。如：虚拟处理机（分时）、虚拟设备（分时）、虚拟磁盘（分空间）、虚拟存储器（分空间、分时）
4、异步
也称不确定性，指进程在执行中，其执行时间、顺序、向前推进的速度和完成的时间等都是不可预知的。
只要在OS中配置有完善的进程同步机制，且运行环境相同，作业经多次运行都会获得完全相同的结果。所以，异步运行方式是允许的，是OS的一个重要特征。
6.操作系统的功能
处理机管理、存储器管理、设备管理、文件管理、用户接口
1、处理机管理的功能
处理机管理的主要任务：
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是对处理机进行分配
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对处理机运行进行有效的控制和管理
注：处理机的分配和运行以进程为基本单位，因此对处理机的管理可归结为对进程的管理
处理机管理的功能
- 进程控制
- 进程同步
- 进程通信
- 调度
2、存储器管理的功能
主要任务：
- 为多道程序的运行提供良好的环境
- 方便用户使用存储器
- 提高存储器的利用率
- 从逻辑上扩充内存
功能：
- 内存分配（静态分配、动态分配）
- 内存保护
- 地址映射
- 内存扩充
3、设备管理功能
- 完成用户提出的I/O请求
- 为用户分配I/O设备
- 提高I/O设备的利用率及速度
- 方便用户使用I/O设备
- 缓冲管理
- 设备分配
- 设备处理
- 虚拟设备
4、文件管理功能
主要任务
- 对用户文件和系统文件进行管理
- 方便用户使用文件
- 保证文件的安全性
- 文件的读、写管理和保护
- 文件存储空间的管理
- 目录管理
5、OS与用户接口管理的功能
主要任务:
方便用户使用操作系统
功能:
用户接口（联机用户接口-命令方式、图形用户接口，脱机用户接口）
程序接口（系统调用）
7.操作系统的结构设计
操作系统的结构设计经历了以下几代：
- 无结构操作系统
- 模块化结构OS
- 分层式结构OS
客户/服务器模式
面向对象的程序设计
微内核OS结构
