操作系统知识第一章

第一章：操作系统概述

1.1 操作系统初步认识：

1.桌面常见的四大操作系统：

windows 

Unix（主要用于服务器）

Mac (基于Unix内核的图形化操作系统)

Linux：eg:RedHat以GNU/Linux为核心

2.操作系统与常见的软件的区别：

大小？复杂度？功能？

3.没有安装操作系统的计算机能干什么？

（1）能运行程序。eg：在计算机重装的时候，可以根据电脑屏幕上的提示按什么键进入C（CMOS）模式，然后就可以根据自己的情况交互设置C模式中的选项参数。所以没有安装OS，依然可以运行程序。

3.没有安装OS的计算机，普通用户能正常使用吗？

不能，我们不能听音乐，上网，......所以普通用户必须安装OS才能正常使用计算机。

4.操作系统的基本功能：

（1）操作界面可视化

（2）控制程序运行

（3）管理系统资源

（4）配置系统参数

（5）监控系统状态

（6）工具软件集合

 

1.2操作系统功能和定义

 1.操作系统的功能：

（1）进程管理（cpu管理）

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

（2）内存管理

内存分配

内存共享

内存保护

虚拟内存

（3）设备管理（各种外设：硬盘）：

设备的分配和调度

设备的无关性

设备传输控制

设备驱动

（4）文件管理：

存储空间管理

文件操作（文件的删除，添加等）

目录操作（目录的删除，添加等）

文件和目录的存取权限

2.操作系统与软件的最大差别就是功能上的差别，

所以：判断一个软件是否是内存需要看他能不能管理内存，管理进程（即四个功能中的前两个，后面两个不一定非要满足）。

3.操作系统的定义：

OS是一个大型系统程序。

（1）提供用户接口，方便用户控制计算机

（2）负责应用程序分配和调度计算机软硬件资源，控制并协调应用程序并发活动，帮助用户存取和保护信息。

4.OS的地位：

OS位于整个计算机系统软硬件的中间

 

 

（1）为上层应用程序屏蔽了硬件细节

 

1.3 操作系统发展历史

 1.操作系统发展的动力是什么？

（1）用户需求的提升

（2）硬件技术的进步

2.计算机硬件发展的四个典型阶段

（1）电子管时代（1946~1955）

（2）晶体管时代（1955~1965）

（3）集成电路时代（1965~1980）

（4）大规模集成电路时代（1980~至今）

硬件的不断发展在速度，容量，稳定性都得到逐步的提高。

例如我国的超算（超级计算机），超算是用来进行计算的，和普通计算机的用途一样，就是规模上大很多，来完成各种领域（如：飞机制造领域）繁重的计算。超算对内存的性能，容量，稳定性都有很高的要求。

3.OS发展的四个典型阶段

（1）手工操作系统 50年代早期   

硬件：电子管，接线面板，程序：二进制程序，打孔，只带和卡片

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（例如想要实现一个程序需要1分钟，而准备工作却需要59分钟），用户独占，缺少交互。

（2）单道批处理系统 50年代

晶体管时代，1955年IBM推出了第一台晶体管计算机：典型机型：=7094

管理员事先将多个作业装入到磁盘形成作业队列，OS一次自动处理队列中的每个作业，程序的装入和撤出是自动完成的，无需手工处理，效率高。

特点：批量，自动，单道。

 

 由上图可得结论：外设与CPU交替空闲和忙碌，CPU和外设利效率低

 

（3）多道批处理系统 60年代初

所以对上面的单道批处理系统进行改进，让CPU和外设能够提升效率。

定义： 在内存中存放多道程序，当某道程序因为某种原因（例如IO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。这样可以是CPU尽量忙碌，提高系统的利用率。

优点：提高CPU的利用率，提高系统吞吐量。

特点：多道，并行（宏观上），串行（微观上）

缺点：（1）作业处理时间长，（2）交互能力差，（3）运行过程不确定

 

 

（4）分时系统 60年代中

4.世界上第一台数字电子计算机ENIAC，需要多人操作，规模很大，很多程序都要手动操作。 

1.4分时技术与分时操作系统

 1.因为多道批处理仍然有缺点，所以需要针对上面的缺点进行改进。恰好在60年代，硬件发生了两个重大的进展，即中断技术和通道技术的进展。CPU支持者两个技术。

 中断技术：CPU收到外部信号（中断信号之后），停止当前工作，转去处理该外部事件，处理完之后回到原来工作的中断处（断点）继续原来的工作。

通道技术：专门处理外设与内存之间的数据传输的处理机。

2.分时OS的背景：

（1）事务性任务的涌现：

优点：交互性高，响应快速。

什么是事务性任务？事务性的任务与科学计算性的任务是对应的，计算性任务的特点就是耗费CPU，在CPU进行大量的计算。而事务性的特点就是交互性高，响应快速。

（2）要求支持多任务/多用户。

（3）当时出现了多终端计算机。（多终端计算机：高性能主机（运算）+多个终端（输入和显示））

3.分时技术概念：

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。（时间片是一个很短的时间，例如50ms，每个终端轮流使用这50ms，由于时间片很短，在终端数量不多的情况下，每个终端都能得到及时响应）。 等待的周期：时间片*终端数量

4.分时系统的特点：

（1）多路调制性：多用户联机使用一台计算机

（2）独占性：用户感觉独占计算机

（3）交互性：及时响应用户的请求

5.第一个大型分时系统的实践项目Multics(一个美国的国防部支持的一个项目)：

1962年由ARPA支持：有MIT，BELL，G.E三家参与，开发了这一种“公用计算服务系统”，同时支持博士段地区所有的分时用户。

6.第一个实用化的分时操作系统：

Unix：第一个真正体现操作系统领域各种先进概念和技术的操作系统。

Unix的革新和创造：（1）实现OS的可移植性 （2）实现了硬件无关性 （3）引进了特殊文件的概念：把外设当做文件，实现对外设统一管理。我们现在的Windows，Linux系统都是这种思想。

 

 

 

1.5典型操作系统类

1.操作系统的进一步发展（分时系统的衍化）：

（1）微机OS：

       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（contral Program/Microprocessor）操作系统出现，这个OS具有良好的层次结构，BIOS(Basic Input Output System基本输入输出系统：为计算机提供最底层，最直接的硬件设置和控制)把OS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OS ，Mac OS是首个配有图形界面和鼠标的OS。

       微软的MS DOS（80年代使用最广泛的磁盘OS）是磁盘操作系统，单用户任务，MS DOS预装载IBM PC上。

        微软WIndows操作系统:

1985年11月：windows 1.0正式上市   

1992年4月:发表windows 3.1 

1993年5月:发表windows NT

windows 95 ,CE,98,2k,xp,win7 ,win10....

windows占有PC市场的巨大份额。

（2）多处理OS：

（3）网络OS：

定义：并不是一个新的操作系统，是在普通OS的基础上增加了：网络通信+网络服务的功能

常用：UNIX  LINUX WINDOWS

功能：透明存取，存取控制

（4）实时OS：

产生背景：

实时事务：军事，工业控制，智能仪器

要求：某一些任务要求紧急处理。

特点：强调作业完成的时限。

硬实时系统：时限要求严格，例如：火炮控制系统，航空航天，制导系统，工业控制，汽车电子系统。

软实时系统：显现要求不是太严格，例如：网络视频，互动网络，广播，通讯

（5）嵌入式OS：

有时候嵌入式OS可以近似看成实时OS，但是概念，范围比实时OS大。

定义：软硬件可以裁剪，软硬件一体化的系统。例如我们的手机，家电， 数码相机。

典型嵌入式操作系统:Andriod ,linux,ucOS,ucLinux,vxWorks ,WinCE.

2.推荐适合学习的小型开源OS：Minix OS 

特点：开放源码给教学和科研人员，Minix=Mini Unix月12000行，微内核架构，类UNIX OS

3.适合学习的大型开源OS：Linux

开源网址： 

https://mirrors.edge.kernel.org/pub/

linux 内核版本是开源的，但是发行版本一般都收费，发行版一般都是在内核的基础上增加了一些自己的系统管理工具，形成了不同特色的发行版本。