第一章 操作系统引论

第一章 操作系统引论

1.1 操作系统的目标和作用

• 操作系统是一组能有效地组织和管理计算机硬件和软件资源，合理地对各类作业进行调度，以及方便用户使用的程序的集合。
• 操作系统的主要目标：
  • 方便性
  • 有效性
  • 可扩充性
  • 开放性
• 操作系统的作用：
  • OS作为用户与计算机硬件系统之间的接口
  • OS作为计算机系统资源的管理者
  • OS实现了对计算机资源的抽象。
• 计算机系统的资源：处理机、存储器、I/O设备以及文件（数据和程序）。
• 推动操作系统发展的主要动力：
  • 不断提高计算机资源利用率
  • 方便用户;器件的不断更新换代
  • 计算机体系结构的不断发展
  • 不断提出新的应用需求。

1.2 操作系统的发展过程

• 操作系统的发展过程：
  • 人工操作方式
  • 脱机输入/输出方式
  • 单道批处理系统
  • 多道批处理系统
  • 分时系统
  • 实时系统
• 人工操作系统优缺点：
  • （1）用户独占全机
  • （2）CPU等待人工操作
• 脱机输入/输出方式主要优点：
  • （1）减少了CPU的空闲时间
  • （2）提高了I/O速度
• 单道批处理系统的缺点：系统中的资源得不到充分的利用。
• 多道批处理系统的优缺点：
  • （1）资源利用率高
  • （2）系统吞吐量大
  • （3）平均周转时间长
  • （4）无交互能力
• 多道批处理系统需要解决的问题：
  • （1）处理机争用问题
  • （2）内存分配和保护问题
  • （3）I/O设备分配问题
  • （4）文件的组着和管理问题
  • （5）作业管理问题
  • （6）用户与系统的接口问题
• 分时系统的特征：
  • （1）多路性
  • （2）独立性
  • （3）及时性
  • （4）交互性
• 实时任务的类型：周期性实时任务和非周期性实时任务；硬实时任务和软实时任务。
• 截止时间：开始截止时间和完成截止时间。
• 实时系统与分时系统特征的比较：
  • （1）多路性
  • （2）独立性
  • （3）及时性
  • （4）交互性
  • （5）可靠性

1.3 操作系统的基本特征

• 操作系统具有四个基本特征：并发、共享、虚拟和异步。
• 并行与并发：并行性是指两个或多个时间在同一时刻发生；并发性是指两个或多个事件在同一时间间隔内发生。
• 进程：是指在系统中能独立运行并作为资源分配的基本单位，它是由一组机器指令、数据和堆栈等组成的，是一个能独立运行的活动实体。
• 资源共享：是指系统中的资源可供内存中多个并发执行的程序共同使用。
• 资源共享方式：互斥共享方式与同时访问方式。
• 互斥共享：仅当A进程访问完并释放系统资源后，才允许另一进程对该资源访问的共享方式。
• 临界资源（独占资源）：在一段时间内只允许一个进程访问的资源。
• 实现虚拟：时分复用技术与空分复用技术。
• 异步：不可预知。

1.4 操作系统的主要功能

• 操作系统功能：处理机管理、存储器管理、设备管理和文件管理等。
• 进程同步中常用的协调方式有两种：进程互斥方式与进程同步方式。
• 调度包括作业调度和进程调度两步。
• 存储器管理应具有的功能：内存分配与回收、内存保护、地址映射和内存扩展等。
• 操作系统与用户之间的接口分类：用户接口与程序接口。

1.5 OS结构设计

• 微内核结构的操作系统：
  • 足够小的内核
  • 基于客户/服务器模式
  • 应用“机制与策略分离”原理
  • 采用面向对象技术
• 微内核操作系统的优点
  • 提高了系统的可扩展性
  • 增强了系统的可靠性
  • 可移植性强
  • 提高了对分布式系统的支持
  • 融入了面向对象技术

说明：参考教材：《计算机操作系统（第四版）》,西安电子科技出版社,汤小丹等编著。