操作系统之操作系统引论

掌握操作系统的概念、特征、功能和提供的服务，操作系统的发展与分类

1. 操作系统

操作系统是计算机硬件与用户的桥梁,是计算机硬件上的的第一层软件,是对硬件系统的首次扩充.操作系统是一组控制和管理计算机硬件和软件资源.合理地对各类作业(job)进行调度,以及方便用户的程序的集合.

2. 操作系统目标

• 方便性:使计算机易学易用
• 有效性:提高系统资源利用率和吞吐量
• 可扩充性:随着硬件的发展能够适应升级
• 开放性:具有可移植性和互操作性

3. 操作系统功能

• 计算机四类资源的管理者

  

• 用户与计算机之间的接口

  • 处理机管理
    对处理机进行分配——进程管理和调度

  • 存储器管理
    对内存进行分配、保护和扩充

  • I/O设备管理
    接收用户程序的I/O请求，分配设备，启动设备

  • 文件管理
    文件的存储、信息的共享、信息的保密与保护
    用作扩充机器

4.操作系统发展

1. 无操作系统
2. 单批道操作系统

3. 多批道操作系统

   • 问：多道程序需要什么技术作为支持？
     必须有中断和通道技术支持。

     • 通道是一种控制一台或多台外设的硬件机构，能做到输入输出操作与CPU并行工作。

     • 中断是输入输出结束时，向CPU发出中断信号，CPU响应中断请求，处理完后继续原来工作。

4. 分时操作系统
5. 实时操作系统

5.操作系统的目标

1. 并发
   并行性,多个事件在同一时间同时运行
   并发性,多个事件在同一时间同时发生
   单处理机宏观上并发,微观上交替运行
   多处理机可能并行
2. 共享
   (1)互斥共享方式
   在一段时间内只允许一个进程访问的临界资源
   如：打印机等硬件；栈、变量、表格等
   (2)同时访问方式
   在一段时间内允许多个进程“同时”访问某些资源，微观上“轮流”（交替访问）
   如：处理机、内存、磁盘、可重入代码
3. 虚拟
   (1)虚拟：通过某种技术把一个物理设备实体变为若干个逻辑上的对应物。
   (2)虚拟对象类型：
   虚拟处理机：通过多道程序设计技术，让多道程序并发执行的方法来实现
   虚拟内存：虚拟存储器技术
   虚拟外部设备：虚拟设备技术
4. 异步
   异步性：进程是以人们不可预知的速度向前推进的。
   导致的原因：
   多道环境的复杂性
   进程的动态性
   每个进程的运行过程是不可预测的

6. 操作系统功能

1. 处理机管理
   处理机调度的单位是进程和线程:
   进程控制:进程的创建,撤销,挂起,改变运行优先级,主动改变进程状态.
   进程通信:进程间数据交换,交换信息能力强.
   进程同步:协调并发进程的推进步骤,以协调进程,交换信息能力弱.
   进程调度:切换进程,以提高系统效率

2. 存储器管理

3. 设备管理
   方便设备的使用,提高CPU与I/O的设备利用率.

   • 设备操作
     利用设备驱动程序完成对设备的操作,还需要处理外设
   • 设备独立性
     提供统一的I/O接口,使应用程序独立于物理设备,体现了适用性,在同样的接口下,完成不同的内容
   • 设备分配与回收
     在多用户间共享设备,利用虚拟技术
   • 缓冲区管理
     提高cpu和外设的速度,提高两者的利用率.(单缓冲区,多缓冲区,公用缓冲区)
4. 文件管理
   解决软件资源的存储,共享,保密,保护
   文件读写管理.
   文件存储管理.
   目录管理
   文件安全性管理.

7.作业

• 作业的组成
  程序,数据,作业说明书
  作业说明书:作业控制,作业基本情况,作业资源要求
  
  • 作业控制
    作业的控制方式,作业的优先操作顺序,作业执行出错的处理方式
  • 作业基本情况
    用户名,作业名,编程语言,最大处理时间.
  • 作业资源要求
    处理时间,优先级,内存空间,外设类型和数量