第一章 操作系统引论
什么是操作系统?
操作系统是一组管理和控制计算机 软件 和 硬件 资源，合理组织计算机系统工作流程，以及方便用户使用的软件集合。
定义核心:
计算机的管理者和控制者
其他软件的运行平台和服务接口
1.1 OS 的目标和作用
目标:
方便性;有效性; 可扩充性作用:
OS作为用户与计算机系统资源的管理者 (定义核心1)
OS作为用户与计算机硬件系统之间的接口 (定义核心2)
OS用作扩充机器
1.2 OS 的发展过程
[多道批处理系统(里程碑](#多道批处理系统(里程碑))
P.S. 自动 -> 多道 -> 交互 -> 实时
1940s 无操作系统时代
优点:
交互性(Interactive)好缺点:
人工操作很慢，昂贵的机器在大多数时间内处于空闲状态
程序必须包含操纵外设的代码（设备相关性）
1960s 批处理操作系统
Batch Processing OS
在计算机上加载一个专门监控软件，在其控制下，计算机能够自动地成批地处理一个或多个用户的一批作业。
作业: 完成一项任务所需要的程序数据的集合. 作业包括一组程序, 一批数据与作业控制说明书(处理数据的描述文件).
特点:
系统吞吐量大;
资源利用率高;
平均周转时间短;
无交互能力;
1960s 单道批处理系统
工作方式: 一次只调入一个作业到内存中运行
代表: 1960s FMS
特点: 单道性、自动性、顺序性
优点: 计算机系统自动连续运转
缺点:
没有交互
I/O - CPU矛盾
多道批处理系统(里程碑)
工作方式: 由不同用户提交的多个作业同时常驻主存运行
代表: 1960s IBM OS/360
特点: 多道性、无序性、调度性
优点: 计算机系统始终保持忙碌状态
缺点:
没有交互
长周转时间
分时操作系统
Time-Sharing OS
把处理机的响应时间分成大小相等（或不相等）的时间片，所有终端用户依次轮流获得一个时间片，可以运行程序，当时间片用完，则暂停运行，等待下一次运行。
关键问题:
及时接收与及时处理
分时处理技术
代表:
CTSS: 1962 MIT,IBM 7094
Multics: 1964 GE-645
特点: 多路性、独立性、及时性、交互性
实时操作系统
Real-Time OS
实时操作系统是又一种类型的操作系统，对外部的请求，实时操作系统能够在规定的时间内处理完。
代表: WinCE, 嵌入式Linux, ucOSII, VxWorks
特点:
实时性
高可靠性和安全性系统整体性强
不要求很强的“会话”能力
1.3 操作系统的基本特征
并发, 共享, 虚拟, 异步性最基本: 并发, 共享
并发(Concurrency)
并发：指两个或多个事件在同一时间段内发生。并行：两个或多个事件在同一
时刻发生。
在多道程序环境下，指在一段时间内，宏观上有多个程序在同时运行。但在单处理机系统中，每一时刻仅能有一道程序运行。微观上这些程序只能是分时的交替执行。
共享(Sharing)
指 多个 计算任务（或多道程序）对系统资源 共同使用。
资源共享方式:
互斥共享方式: 打印机
同时访问方式: 磁盘, 内存
虚拟(Virtual)
指通过某种技术 把一个物理实体变为若干个逻辑上的对物。物理实体是实际存在的，“虚拟”物是虚的，用户感觉到的东西。
操作系统中利用了多种虚拟技术，分别实现虚拟处理机、虚拟内存、虚拟文件、虚拟设备和虚拟信道等。
异步性(Asynchronism)
在多道程序环境下，允许多个进程并发执行，但只有进程在获得所需的资源后方能执行。由于资源等因素的限制，使得进程的执行通常都不是“一气呵成”的，而是“停停走走”。进程是以人们不可预知的速度向前推进，即进程“异步性”。
1.4 操作系统的主要功能
从资源管理和用户接口的角度看操作系统的功能
处理机管理功能存储器管理功能文件管理功能设备管理功能用户接口功能
1.5 操作系统结构
无结构操作系统
优缺点:
庞大杂乱, 缺乏结构
调试维护复杂, 保证程序正确困难
模块化操作系统
使用结构化程序设计思想，划分系统模块，模块之间直接根据功能要求互相调用.
优缺点:
模块之间调用关系复杂
增强可移植性, 加速OS的开发过程
结构划分, 接口设计困难
提高OS设计的可理解性, 可维护性
分层式操作系统结构
在模块化结构基础上，将模块分为若干层。
层内模块之间可以互相随意调用;
层间模块的调用遵循单向调用原则，高层模块可以调用低层模块，反之不可以。
层次划分原则
程序嵌套
运行频率
公用模块
用户接口
操作系统的内核(Kernel)
将最靠近硬件的低层OS部分称为操作系统内核;
内核通常常驻主存;
优缺点:
提高OS设计可理解性和可维护性
增强OS的可移植性
OS开发调试效率提高：逐层开发和调试
降低模块耦合度
微内核操作系统结构
微内核操作系统 指精心设计的、能实现现代OS核心功能的小型内核，比一般的OS更小更精炼，运行在核心态且开机后常驻内存，不会因为内存紧张而被换出内存
微内核技术将OS分为两个部分：
提供各类服务的一组服务器进程；
内核，只提供客户-服务器通信机制和与硬件紧密相关的较基本的功能
OS采用 客户机-服务器 工作模式，提供各类操作系统服务
优缺点：
提高OS的灵活性和可扩充性
OS内核更小、加稳定，可靠性高
可运行于分布式系统
操作系统运行效率较低
Last updated