学习记录-计算机操作系统1

一、操作系统  
人工操作：单用户、CPU. 内存长期空闲  
脱机输入/输出（OFF-LINE I/0）：装好卡片再上机。节约CPU空闲时间、提高I/O速度  
  
二、单道批操作系统  
描述：有个监督程序将磁带上的作业调入计算机  
缺点：I/O太慢，CPU太快  
  
三、多道批操作系统  
描述：A在I/0，B趁机CPU  
优点：肯定提高资源利用率、系统吞吐量变大  
缺点：每个程序都要很久才处理完、无交互能力  
未解难题：内存、外存、I/O、CPU、作业管理、接口  
  
四、分时系统  
描述：解决人机交互问题  
优点：终于有人机交互、多用户共享主机  
实际问题：由于多用户，所以要有“多路卡”、作业直接入内存、有个“时间片”调度作业  
特征：多路、独立、及时（用户可接受）、交互  
  
五、实时系统  
描述：工业（武器）控制系统、信息查询系统、多媒体系统、嵌入式系统  
类型1：周期性实时：真的很周期；非周期性实时：有开始截止时间和完成截止时间  
类型2：硬实时：工业、武器系统；软实时：信息查询系统和多媒体系统  
与分时系统比较： 多路、独立、及时（毫秒级）、交互、可靠  
  
六、微机时代  
（一）单用户单任务：8位机的CP/M、16位机的MS-DOS  
（二）单用户多任务：目前的32位系统，如Windows  
（三）多用户多任务：UNIX、Solaris、Linux  
  
③操作系统共同特性：  
一、并发  
（一）并发和并行宏观上一样，  
并发：单处理机系统，微观上交替运行  
并行：多处理机系统，微观上同时运行  
（二）引入进程  
进程：在系统中能独立运行并作为资源分配的基本单位，由机器指令、数据和堆栈等组成，能独立运行的活动实体  
特点：用进程就可以并发执行了  
  
二、共享  
（一）互斥共享方式  
例子：临界资源，打印机、磁带机  
描述：你要先申请才能获得资源  
（二）同时访问方式  
描述：微观上还是并发  
例子：多用户磁盘设备  
条件：系统允许进程并发、系统能有效管理资源  
  
三、虚拟  
（一）时分复用技术  
虚拟处理机技术：分身之术  
虚拟设备：又是分身之术，骗用户以为有专人服务  
时分复用：速度：≤1/N  
（二）空分复用技术  
描述：将程序、电话线分成若干部分，然后各部分分时进入内存运行  
空分复用：空间：≤1/N  
  
四、异步  
描述：因为要并发，所以需要一个机制调度进程  
  
④操作系统主要功能  
一、处理机管理功能  
（一）控制进程  
描述：要并发，就要进程、要进程，就要管理  
（二）进程同步  
进程互斥方式：临界资源要互斥  
进程同步方式：合作完成共同任务，同步机构要协调先后次序  
（三）进程通信  
描述：对合作进程而言，需要交换信息。当他们处于同一计算机系统时，通常采用直接通信的方式。  
例子：输入进程、计算进程、打印进程，需要信息交换  
（四）调度  
作业调度：选择作业、建立进程、分配资源、插入就绪队列  
进程调度：从就绪队列中选出进程，分配CPU  
  
二、存储器管理功能  
（一）内存分配  
任务：分配空间、减少碎片、追加内存空间  
方式：静态分配，装入内存时确定，不允许追加、不允许移动；动态分配，允许追加、允许移动  
（二）内存保护  
任务1：每道程序只在自己的内存空间运行，互不干扰  
任务2：不允许用户程序访问操作系统程序和数据、也不允许用户程序转移到非共享的其他用户程序中执行  
（三）地址映射  
任务：存储器要负责地址映射，在硬件支持下完成  
（四）内存扩充  
描述：用虚拟存储技术，从逻辑上扩充内存容量  
任务1：请求-调入功能  
任务2：置换功能  
  
三、设备管理功能  
任务1：完成用户进程的I/O请求：分配I/O设备，完成I/O操作  
任务2：提高CPU和I/O利用率：提高I/O速度，方便用户使用I/O设备  
（一）缓冲管理  
描述：在内存中设置缓冲区  
例子：单缓冲机制、双向同时传送数据的双缓冲机制、多个设备共同使用的公用“缓冲池”机制  
（二）设备分配  
描述：在系统中设置“设备控制表”、“控制器控制表”等数据结构，用于记录设备和控制器等标识符和状态。根据表就知道指定设备当前是否可用、忙碌。分配时，针对不同设备要有不同“分配方式”，对独占设备还要考虑分配后是否安全  
（三）设备处理  
描述：CPU向设备控制器发出I/O命令，要求完成I/O操作、反之，CPU接收控制器发出的中断请求，并响应.处理  
  
四、文件管理功能  
描述：管理用户、系统文件，方便使用；保证安全性  
（一）文件储存空间管理  
背景：多用户环境下，用户自己管理文件存储，会困难和低效  
任务1：为每个文件分配外存空间、提高外存利用率、进而提高存取速度  
任务2：系统中设置数据结构，记录文件存储空间使用情况，以供分配时参考  
任务3：分配和回收  
（二）目录管理  
任务1：为每个文件建立目录项，包括文件名、属性、物理位置等，以实现按名存取  
任务2：实现文件共享。  
任务3：提供目录查询手段  
（三）文件读/写管理和保护  
文件读/写管理：根据用户请求，从外存中读取数据，或将数据写入外存  
文件保护：防止未经核准的用户存取文件、防止冒名顶替存取文件、防止以不正确方式使用文件  
  
五、操作系统与用户之间的接口  
（一）用户接口  
描述：方便用户直接.间接控制自己的作业  
联机用户接口：等待用户键入命令  
脱机用户接口：一开始就提供作业说明书，直到作业结束语句  
图形用户接口：移动鼠标选择菜单项  
（二）程序接口  
描述：旧系统用汇编语言写，所以只有汇编语言的才能直接使用系统调用；如果是高级语言，就用一一对应的库函数  
  
六、现代操作系统的新功能  
（一）系统安全  
描述：确保存储和传送数据的保密性、完整性和系统可用性，要用几种技术  
技术：认证技术、密码技术、访问控制技术、反病毒技术  
（二）网络的功能和服务  
功能：网络通信、资源管理、应用互操作  
（三）支持多媒体  
功能：接纳控制功能、实时调度、多媒体文件的存储  
  
⑤OS结构设计  
一、传统操作系统结构  
（一）无结构操作系统  
又名：整体系统结构  
（二）模块化结构OS  
基本概念：  
又名：模块-接口法  
描述：有模块、子模块、接口  
模块独立性：  
标准：内聚性越高，模块独立性越高、耦合度越低，模块独立性越高  
优点：提高设计正确性.可理解性和可维护性、增强可适应性、加快加速过程  
缺点：接口难以满足需求、无序  
（三）分层式结构OS  
基本概念：有序分层，自底向上法铺设中间层  
优点：易保证系统正确性、易扩充和易维护  
缺点：系统效率降低  
  
二、客户/服务器模式(Client/Server Model)简介  
（一）客户/服务器模式的由来、组成和类型  
组成：客户机、服务器、网络系统  
（二）客户/服务器之间的交互  
描述：客户发送请求消息、服务器接收消息、服务器回送消息、客户机接收消息  
（三）客户/服务器模式的优点  
描述：数据分布处理和存储、便于集中管理、灵活性和可扩充性、易于改编应用软件  
  
三、面向对象的程序设计  
（一）OOP的基本概念  
描述：抽象，具体事物为对象  
对象：封装好  
对象类：创建多个相似对象  
继承：继承父类，增加部分  
（二）OOP的优点  
描述：“重用”提高产品质量和生产率、使系统具有更好的易修改性和易扩展性、易于保证系统“正确性”和“可靠性”  
  
四、微内核OS结构  
描述：支持多处理机  
例子：卡内基·梅隆的Mach OS、Windows 2000/XP  
（一）基本概念  
描述：足够小的内核、基于C/S模式、应用“机制与策略分离”原理、采用OOP技术  
（二）基本功能  
描述：进程管理、低级存储器管理、中断和陷入处理  
（三）优点  
描述：提高可扩展性、增强可靠性、可移植性强、提供对分布式系统的支持、融入OOP  
（四）缺点  
描述：效率降低