操作系统之基本认知

学校开设了一门《计算机操作系统》，大半学期过去了。濒临期末，感觉学得并不多，而看到书中的大多数知识，对于一个基本的IT人来说掌握还是需要的。闲时写下来，给大家参考下。偶尔自己也可以复习下，为几个月后的实习累计知识。

计算机系统的组成

电脑是我们日常生活中需要接触的，组成它的是我们能摸得到的键盘，屏幕等等。当然还有内部的cpu，存储器。我们电脑装的系统，比如win7、win8等称之为操作系统，如果我们刚买回来的电脑卖家没有给我们装系统，则称之“裸机”。也就是说什么都还不能用。我们经常使用它下载QQ聊天工具，英雄联盟等软件来使用。换句话说说，我们使用电脑，其实我们使用的是计算机系统。其由两部分组成

硬件系统（裸机）

组成元素：cpu、存储器（主存、辅存）、I/O、I/O控制系统。

软件系统

组成元素：系统软件（管理计算机本身的操作。如操作系统、编译）、应用软件（提供给用户进行解题。如，科学计算、事物管理啊）

操作系统

定义

操作系统（Operating System，简称OS）是控制和管理计算机硬件和软件资源的一个系统软件,是一些程序模块的集合。

怎么理解呢？比如，我们经常在电脑上面开好多程序，这边在聊QQ，那边还挂着迅雷在下载。我们聊天接受很多图片，下载了很多电影，都需要存储在储存器上面，都需要cpu进行对应的运算。而怎么运算，怎么去管理存储呢？是cpu，储存器干的事。有时候我们切换QQ聊天，有时候我们又打开浏览器，可能我们只需点击对应的快捷图标来启动，而对于计算机则需要控制对应软件的执行等等。从用户层面来讲，我们使用软件的功能。而从硬件层来讲，电脑使用了硬件的特性和功能。而中间怎么去使软件和硬件结合起来，则是操作系统干的。不可能说你点击了QQ图标就无端端有对应的聊天窗口出现。操作系统的主要作用归结为：包组织控制软硬件资源，组织计算机的工作流程，控制程序的执行并向用户提供各种服务功能，使计算机系统高效运行。

基本特征

并发性

区别于：并行性是指两个或多个事件在同一时间发生。 
并发性是指两个或多个事件在同一时间间隔内发生。 (与并发相似，但多指硬件支持） 

共享性

操作系统与多个用户的程序共同使用计算机系统中的资源。资源共享是指系统中的硬件和软件资源不再为某个程序所独占，而是供多个用户共同使用。并发和共享是操作系统两个最基本的特征，这两者之间又是互为存在条件的。 资源共享是以程序的并发为条件的，若系统不允许程序并发执行，自然不存在资源共享问题。若系统不能对资源共享实施有效的管理，也必将影响到程序的并发执行，甚至根本无法并发执行。 

虚拟性

所谓虚拟，是指把一个物理上的实体，变为若干个逻辑上的对应物。物理实体(前者)是实的， 而后者是虚的，相应地，用于实现虚拟的技术，称为虚拟技术。在OS中利用了多种虚拟技术，分别用来实现虚拟处理机、虚拟内存、 虚拟外部设备和虚拟信道等。

异步性(Asynchronism) 

在多道程序环境下，允许多个进程并发执行， 但由于竞争资源等因素的限制，使进程的执行不是“一气呵成，而是以“走走停停”的方式运行。多道程序环境下程序的执行，是以异步方式进行的；每个程序在何时执行，多个程序间的执行顺序以及完成每道程序所需的时间都是不确定和不可预知的。进程是以人们不可预知的速度向前推进，此即进程的异步性。

五大功能

处理机管理  

主要任务：是对处理机的分配和运行实施有效管理。对处理机管理，可归结为对进程的管理。
进程控制：当用户作业要运行时，应为之建立一个或多个进程，并为它分配除处理机以外的所有资源，将它放入进程就绪队列。当进程运行完成时，立即撤消该进程，以便及时释放其所占有的资源。进程控制的基本功能就是创建和撤消进程以及控制进程的状态转换。
进程同步：所谓进程同步是指系统对并发执行的进程进行协调。最基本的进程同步方式是使诸进程以互斥方式访问临界资源。此外，对于彼此相互合作、去完成共同任务的诸进程，则应由系统对它们的运行速度加以协调。
进程通信：对于相互合作的进程，在它们运行时，相互之间往往要交换一定的信息，这种进程间所进行的信息交换称为进程通信。 
进程调度：当一个正在执行的进程已经完成，或因某事件而无法继续执行时，系统应进行进程调度，重新分配处理机。进程调度是指按一定算法，如最高优先算法，从进程就绪队列中选出一进程，把处理机分配给它，为该进程设置运行现场，并使之投入运行。 

存储器管理

主要任务：为多道程序的并发运行提供良好环境； 便于用户使用存储器； 提高存储器的利用率； 为尽量多的用户提供足够大的存储空间。

内存分配：多道程序能并发执行的首要条件是，各道程序都有自己的内存空间，因此，为每道程序分配内存是存储器管理的最基本功能。
内存保护：为保证各道程序都能在自己的内存空间运行而互不干扰，要求每道程序在执行时能随时检查对内存的所有访问是否合法。必须防止因一道程序的错误而扰乱了其它程序，尤其应防止用户程序侵犯操作系统的内存区。
地址映射：在多道程序的系统中，操作系统必须提供把程序地址空间中的逻辑地址转换为内存空间对应的物理地址的功能。地址映射功能可使用户不必过问物理存储空间的分配细节，从而为用户编程提供了方便。
内存扩充：由于物理内存的大小可能限制了大型作业或多个作业的并发执行，为了满足用户的要求并改善系统性能，必须对内存加以扩充。但我们无须去真正地增加内存空间，而只须借助于虚拟存贮技术，便可获得这样地效果，使系统能运行内存要求量远比物理内存大得多得作业，或让更多得作业并发执行。 

设备管理

主要任务：为用户程序分配I/O设备；完成用户程序请求的I/O操作；提高CPU和I/O设备的利用率；改善人机界面。
缓冲管理：几乎所有的外围设备于处理机交换信息时，都要利用缓冲来缓和CPU和I/O设备间速度不匹配的矛盾，和提高CPU与设备、设备与设备间操作的并行程度，以提高CPU和I/O设备的利用率。
设备分配：系统根据用户所请求的设备类型和所采用的分配算法对设备进行分配，并将未获得所需设备的进程放进相应设备的等待队列。 
设备处理：启动指定的I/O设备，完成用户规定的I/O操作，并对由设备发来的中断请求进行及时响应，根据中断类型进行相应的处理。
虚拟设备功能：通常，把一次仅允许一个进程使用的设备称为独占设备。系统可通过某种技术使该设备成为能被多个用户共享的设备，以提高设备利用率及加速程序的执行过程。可使每个用户都感觉到自己在独占该设备。 

文件管理

主要任务：进行文件存储空间的管理；目录管理；文件读、写管理；文件保护及向用户提供接口。

作业管理

主要任务:是根据系统条件和用户需要，对作业的运行进行合理的组织、调度及相应的控制。
作业调度：作业调度是指根据系统的能力和当前作业的运行情况，按一定策略，从后备作业队列中选出一批作业，为它们分配所需的I/O设备和存储空间，将它们调入内存并为之建立相应的进程，使之成为具有获得处理机资格的侯选进程。
作业控制：作业控制是指作业从进入系统开始，直到运行完成的整个过程中，用户可通过某种形式向系统发出各种命令，以对自己的作业进行控制和管理。



括展知识

单道批处理系统：在内存中仅有一道作业。

多刀批处理系统：某个作业占用CPU，若由于某种原因暂时不用CPU 则系统让第二个作业占用CPU。

分时系统：分时是指多个用户分享使用同一台计算机。多个程序分时共享硬件和软件资源。分时操作系统是指在一台主机上连接多个带有显示器和键盘的终端，同时允许多个用户通过主机的终端，以交互方式使用计算机，共享主机中的资源。分时操作系统是一个多用户交互式操作系统。

实时系统：是指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，并控制所有实时任务协调一致运行的操作系统。