操作系统原理(一) —— 引论

0. 基本概念

  • 操作系统:操作系统是为了方便用户和提高计算机的利用率,而对计算机资源进行组织和管理的程序集合
  • 用户:一般用户和软件开发人员
  • 资源:处理器、存储器、输入输出设备等硬件资源和程序与数据等软件资源

1.1 操作系统的目标与作用

1.1.1 操作系统的目标

  • 方便性 通过 OS 的命令来控制电脑,而不是裸机编程
  • 有效性 提高系统资源的利用率,提高系统的吞吐量(合理组织计算机的工作流程)
  • 可扩充性 采用层次化的结构
  • 开放性 硬件与软件的兼容性,能遵循世界标准规范

1.1.2 操作系统的作用

  • 1)OS 作为用户与计算机硬件系统之间的接口
  • 2)OS 作为计算机系统资源的管理者
  • 3)OS 实现了对计算机资源的抽象

使用方式

系统方式(命令行,菜单式,命令脚本式)、系统调用(类似程序接口)、图形用户接口(图形窗口)

管理的对象

CPU管理,存储管理,文件管理,设备管理

管理的内容

  • 资源的当前状态(数量与使用情况)
  • 资源的分配、回收和访问操作
  • 相应管理策略

1.2 操作系统的发展过程

1.2.1 未配置操作系统的计算机系统

  • 人工操作方式
  • 脱机输入/输出方式

1.2.2 单道批处理系统(Simple Batch Processing System)

处理过程

  • 为了提高系统的利用率,让系统连续运行,减少空闲时间。
  • 以脱机方式将成批作业输入到磁带上
  • 系统中配备监督程序(Monitor)
  • 在Monitor的控制之下使这批作业能够一个接一个地连续处理

单道批处理系统评价

  • 特征:自动性、顺序性、单道性
  • 优点:减少了人工操作的时间,提高机器的利用率和系统吞吐量
  • 缺点:1)只有一道作业在运行;2)CPU与I/O的占用程度不均匀;3)CPU经常空闲,I/O设备速度过慢;4)没有交互能力,用户无法干预自己作业的运行。

1.2.3 多道批处理系统(Multiprogrammed Batch Processing System)

运行特征

  • 多道:内存中同时存放几个作业,并运行并发执行
  • 无序性:多个作业的执行并没有严格的顺序关系
  • 调度性:作业调度,从后背队列进入内存,进程调度,分配处理机运行

多道批处理需要解决的问题

  • 处理机争用问题
  • 内存分配和保护问题
  • I/O设备分配问题
  • 文件的组织与管理问题
  • 作业管理问题
  • 用户与系统的接口问题

1.2.4 分时系统(Time Sharing System)

分时系统的引入

  • 人——机交互
  • 共享主机

特征

多路性、独立性(各个终端互不干扰)、及时性、交互性

1.2.5 实时系统(Real Time System)

实时系统的类型

  • 工业控制系统
  • 信息查询系统
  • 多媒体系统
  • 嵌入式系统

特征

多路性、独立性、及时性、交互性、可靠性

1.2.6 其他操作系统

  • 微机操作系统
  • 多处理机操作系统
  • 网络操作系统
  • 分布式操作系统
  • 集群操作系统

1.3 操作系统各基本特征

1.3.1 并发 (Concurrence)

并行与并发

并行性是指两个或多个事件在同一时刻发生
并发性是指两个或多个事件在同一时间间隔内发生

引入进程

//共享与并发,最基本的条件,两者互为存在条件

1.3.2 共享 (Sharing)

  • 互斥共享方式
  • 同时访问方式

1.3.3 虚拟 (Virtual)

  • 通过某种技术把一个物理实体变为若干个逻辑上的对应物
  • 虚拟处理机
  • 虚拟内存
  • 虚拟外部设备
  • 虚拟信道

1.3.4 异步 (Asynchronism)

  • 资源等因素限制
  • 进程以不可预知的速度向前推进
  • 只要保证结果的重现性

1.4 操作系统的主要功能

处理机管理功能存储器管理功能设备管理功能文件管理功能用户接口

1.5 操作系统的结构设计

无结构(整体式)系统,模块式结构,模块层次式结构,微内核OS结构

Q.E.D.


To baldly -_- go no man has gone before