《操作系统第四版》（刘振鹏王煜）（一）引论

一.引论

1.1 操作系统的概念

1.1.1计算机系统

硬件系统+软件系统（程序和文件）
软件分为：系统软件（操作系统）、支撑软件（数据库、编译程序）、应用软件

1.1.2什么是操作系统

用户角度：是一个控制软件，管理应用程序，为应用程序提供服务，杀死应用程序。
资源分配角度：资源管理，管理外设，分配资源。
操作系统位于硬件之上应用程序之下操作系统为应用软件提供服务支撑，完成对硬件的控制与分配。
作用：
（1）管理系统中的资源
（2）提供良好的界面

1.1.3操作系统的目标

方便性有效性可扩充性开放性

1.2. 操作系统的形成与发展

1.2.1 形成

1）无操作系统时代:

人工操作方式
脱机I/O方式：外围机磁盘
2）单道批处理操作系统 :

作业成批处理每次只处理一项作业
3）多道批处理操作系统 :

多道性、无序性、调度性（作业提交到完成经历两次调度高级调度低级调度）
**高级调度：作业调度作业由外存调入内存
**低级调度：进程调度内存中的作业分配给处理机
4）分时系统
- 问题产生：
  满足多用户的需要->一台主机连接多个带显示器和键盘的终端
- 需解决的问题：
  A及时接收 ->终端配置多路卡；B及时处理->使用户作业进入内存
- 实现方法：
  A作业直接进入内存；B分时间片占用处理机
- 具体方法：
  A单道分时系统—利用时间片内存<–>外存
  B具有前后台的分时系统—内存划分为前台后台
  C多道分时系统内存容纳多道作业调入调出不费内存
  （现代分时操作系统多用次方案）
5）实时系统
满足实时控制、实时信息处理
【批处理、分时、实时是三种基本的操作系统类型实际操作系统兼有两者或者此三者的功能】

1.2.2发展

1）微机操作系统

单用户单任务 MS-DOS
单用户多任务 Windows Linux
多用户多任务 UNIX
2）多处理机操作系统
- 提高计算机系统性能的途径：
  （1）提高元器件的性能（2）改进计算机系统结构
- 多处理机的类型：
  （1）非对称多处理机：主从模式主处理机一个管理操作系统并为从处理机分配任务，从处理机多个服从主处理机的任务
  （2）对称多处理机
3）网络操作系统

计算机技术和通信技术的产物
4）分布式操作系统
- 集中式处理和控制在同一处理机上
- 分布式系统处理控制功能分散
5）嵌入式操作系统

1.3.研究操作系统的几种观点

软件的观点
计算机资源管理的观点
进程的观点
用户与计算机硬件系统之间接口的观点
虚拟器的观点
服务提供者的观点-----程序执行、I/O操作、文件系统操控、进程通信、差错检测

1.4. 操作系统的功能与特征

1.4.1 功能：

1.处理机管理----对处理机进行分配并对其运行进行有效控制，处理机的分配和运行以进程为单位：
（1）进程控制
（2）进程同步—进程以异步方式运行
**进程协调的方式：
进程互斥
进程同步方式
（3）进程通信
直接通信
间接通信
（4）调度
2.存储器管理
（1）内存分配
静态分配：作业所要求的内存空间是在作业装入的时候决定的，在作业装入后的整个运行期间不能够申请新的空间不能够改变位置。
动态分配：作业所要求的内存空间在装入的时候决定但允许增加新的空间，允许移动.
*内存分配机制：1）内存分配数据结构 2）内存分配功能 3)内存回收功能
(2)内存保护
(3)地址映射
源程序经过编译之后会形成若各个目标程序，这些目标程序再经过链接形成可执行程序。程序的地址都是从“0”开始的，成为“相对地址”或者“逻辑地址”其地址空间称为“地址空间”。内存中的地址空间成为“内存空间”，称“绝对地址”或者“物理地址”
多道程序中逻辑地址与物理地址不对应因此需要地址映射。在硬件的支持下进行此项工作
(4)内存扩充
*内存扩充机制:1)请求调入功能 2)置换功能
3.文件管理
计算机系统中把程序和数据以文件的形式存储在磁盘或者是磁带上
文件存储空间管理、目录管理、文件读写管理、目录控制
4.设备管理
完成用户提出的I/O请求，为用户分配I/O设备，提高处理机和I/O设备的利用率，提高I/O速度，方便用户使用I/O
缓冲管理、设备回收、设备处理程序、设备独立性和虚拟设备
5.用户接口
命令接口、程序接口、图形接口

简单说：

操作系统的功能：管理软硬件资源，提供用户接口
处理机管理：进程控制，进程同步，进程通信，调度（作业调度和进程调度）
存储器管理：内存分配，内存保护，地址映射，内存扩充（地址映射：将逻辑地址转换为物理地址。）
设备管理功能：缓冲管理，设备分配，设备处理
文件管理：文件存储空间管理，目录管理，文件读写管理及保护
用户接口：用户接口和程序接口。（系统调用，是用户程序取得操作系统服务的惟一途径）

1.4.2操作系统的特征

并发性
并行性是指在两个或者多个事件在同一时刻发生
并发性是指两个或者多个事件在同一时间间隔发生
共享性
指操作系统中的资源可供内存中的多个并发执行的进程共同使用
互斥共享资源：如打印机、磁带机
同时访问方式：如磁盘、重用代码编写的文件
并发和共享是操作系统最基本的两个特征
虚拟性
物理实体到逻辑对应物的转化。举例：多道程序设计，分时技术，虚拟内存技术
异步性
多道程序中允许多个程序并发执行作业完成情况与进入内存时间不匹配但是多次完成的结果一致。

1.5.操作系统的结构设计

演变
无结构->模块化结构->分层结构->微内核结构
模块法的优缺点：
优点：提高OS设计的正确性、可理解性和可维护性增强OS的适应性加速OS的开发过程；
问题：接口设计难于满足实际需求
分层结构优缺点：
优点：易保证系统的正确性易扩充和易维护；
缺点：系统效率降低
微内核：只包括操作系统最基本的部分。包括：进程（线程管理）、低级存储器管理、中断和陷入处理
微内核的优缺点：
优点：提高了系统的可扩展性增强了系统的可靠性提高了系统的可移植性提供了对分布式系统的支持；
问题：系统运行效率有所降低。

1.6操作系统的硬件环境

（待续）