标签：计算机 系统 实时 第一章 OS 利用率 分时系统 操作系统

• 第一章 操作系统引论
  • 1.1 操作系统的目标和作用
  • 1.2 操作系统的发展过程
  • 1.3 操作系统的基本特性
  • 1.4 操作系统的主要功能
  • 1.5 OS结构设计

第一章 操作系统引论

1.1 操作系统的目标和作用

1. 计算机系统由硬件系统和软件系统组成
   • 硬件系统：中央处理器、存储器、输入输出设备
   • 软件系统：系统软件和应用软件
2. 操作系统是配置在裸机上的第一层软件。裸机+操作系统=虚拟机或扩展机
3. 操作系统的目标：
   • 有效性：提高系统资源利用率、提高系统吞吐量
   • 方便性
   • 可扩充性
   • 开放性
4. 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：
      • 用户通过三种方式使用计算机：命令方式、系统调用方式、图标、窗口调用方式
   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：
      • I/O软件实现了对计算机硬件操作的第一个层次的抽象
      • 文件管理软件实现了对硬件资源操作的第二个层次的抽象
5. 推动操作系统发展的主要动力：
   1. 不断提高计算机资源的利用率
   2. 方便用户
   3. 器件的不断更新换代
   4. 不断出现的新的应用需求

1.2 操作系统的发展过程

1. 无操作系统的计算机系统

   1. 人工操作方式
      • 用户独占计算机全部资源
      • CPU等待人工操作
   2. （为缓和人机矛盾）引入脱机输入/输出方式
      • （通过外围机控制输入输出）在主机的直接控制下进行输入输出的方式称作联机输入/输出方式
      • 减少了CPU的空闲时间
      • 提高了I/O速度

2. 单道批处理系统：

   1. 脱机输入一批作业，由监督程序控制，一个接一个地连连续自动处理
   2. 特征：
      • 自动性
      • 顺序性
      • 单道性
   3. 缺点：资源不能充分利用

3. 多道批处理系统：

   1. 引入多道程序设计技术，作业先存放在外存排成队列（后备队列）
   2. 好处：
      • 提高CPU的利用率
      • 提高内存和I/O设备的利用率
      • 增加系统吞吐量
   3. 优缺点：
      • 资源利用率高
      • 系统吞吐量大
      • 平均周转时间长
      • 无交互能力
   4. 需要解决的问题：处理机管理问题、内存管理问题、I/O设备管理问题、文件管理问题、作业管理问题、用户与系统接口问题

4. 分时系统：

   1. 多路卡：从终端输入数据，为每个终端配置一个缓冲区
   2. 时间片：每个作业运行一个很短的时间
   3. 特征：
      • 多路性（同时性）
      • 独立性
      • 及时性
      • 交互性

5. 实时系统：实时表示及时，系统能及时相应外部时间的请求

   1. 应用需求：1. 实时控制（实时系统） 2. 实时信息处理（实时信息处理系统）
   2. 实时任务：
      • 周期性、非周期性（必须联系一个截止时间（开始、截止））
      • 硬实时任务、软实时任务
   3. 比较：
      • 多路性。实时信息处理系统也按分时原则为多个终端用户服务。而分时系统中的多路性则与用户情况有关，时多时少。
      • 独立性。彼此独立地操作，互不干扰
      • 及时性。实时信息处理系统对实时性的要求与分时系统类似，人所能接受的等待时间来确定；而实时控制系统的及时性，则是以控制对象所要求的开始截止时间或完成截止时间来确定的，一般为秒级到毫秒级，甚至有的要低于100微秒。
      • 交互性。实时信息处理系统虽然也具有交互性，仅限于某些特定的专用服务程序。不像分时系统那样能向终端用户提供数据处理和资源共享等服务。
      • 可靠性。分时系统虽然也要求系统可靠，但相比之下，实时系统则要求系统具有高度的可靠性。

6. • 批处理系统：IBM System360大型机的OS/360

   • 分时系统：Unix

   • 实时系统：VxWorks、实时Linux

7. 微机操作系统的发展：

   1. 单用户单任务操作系统
   2. 单用户多任务操作系统
   3. 多用户多任务操作系统

1.3 操作系统的基本特性

1. 并发性：
   1. 并行性：两个或多个事件在同一个时刻发生
   2. 并发性：连个或多个事件在同一个时间间隔内发生
2. 引入进程：
   1. 程序是静态实体，在多道程序系统中不能独立运行，更不能并发执行
   2. 引入进程的目的：为了使多个程序能并发执行
3. 共享性：
   1. 互斥共享方式
   2. 同时访问方式（磁盘）
   3. 并发和共享是操作系统的两个最基本的特征，它们互为存在的条件。
4. 虚拟技术：
   1. 时分复用技术：提高资源利用率
      • 虚拟处理机技术
      • 虚拟设备技术
   2. 空分复用技术：提高存储空间利用率
      • 虚拟磁盘技术
      • 虚拟存储器技术（本质上就是使内存分时复用）
5. 异步性

1.4 操作系统的主要功能

1. 处理机管理功能：
   1. 进程控制
   2. 进程同步：1. 进程同步方式， 2. 进程同步方式
   3. 进程通信
   4. 调度：1. 作业调度， 2. 进程调度
2. 存储器管理功能：
   1. 内存分配：1. 静态， 2. 动态
   2. 内存保护
   3. 地址映射
   4. 内存扩充：1. 请求调入功能，2. 置换功能
3. 设备管理功能：
   1. 缓冲管理
   2. 设备分配
   3. 设备处理
4. 文件管理功能：
   1. 文件存储空间的管理
   2. 目录管理
   3. 文件的读/写管理和保护
5. 操作系统与用户之间的接口
   1. 用户接口
   2. 程序接口

1.5 OS结构设计

1. 传统操作系统结构
   1. 无结构操作系统
   2. 模块化结构OS
   3. 分层式结构OS
2. 客户/服务器模式
3. 面向对象程序设计
4. 微内核OS结构

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来源： https://www.cnblogs.com/Xloading/p/15526120.html

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