操作系统引论
操作系统:能管理计算机硬软件资源、对作业进行合理调度、以及方便用户使用的程序的集合
操作系统的目标和作用
操作系统的目标与应用环境有关、对于如今的个人计算机操作系统更侧重于方便性和高效性
操作系统的目标
方便、高效、可扩充、开放(遵循国际标准)
作用
- 为用户和应用软件提供接口
- 管理计算机系统资源
- 实现对计算机硬件资源的抽象(操作系统隐藏了计算机硬件实现过程、为用户提供良好的用户接口。用户通过命令or接口调用计算机资源,不用管计算机硬件上的实现过程
操作系统的基本特征
并发
-
两个或多个任务在同一时间段内发生。并发是由于计算机快速切换任务造成多个任务同时执行的假象。
(进程切换需要保留程序的执行上下文,会占用cpu) -
当计算机有多个处理器时,将同时发生的任务分配给不同的处理器,实现真正的并发(并行)。
-
通过并发可以提高系统的运行效率
共享
操作系统与用户进程共同使用计算机资源
由操作系统对资源进行分配和管理
互斥共享(对不可同时使用的软硬件资源eg:打印机)
同时共享(文件读取…)
虚拟
- 将一个物理实体变为如干个逻辑上对应实物的功能
- 虚拟是操作系统管理系统资源的重要手段,可以提高系统资源的利用率(时分复用、空分复用)
时分复用技术
利用设备为用户服务的空闲为其他用户提供服务
空分复用技术
运用部分性原理,每次只将用户需要的部分数据调入内存,通过快速不停的置换数据,实现100M任务在30M内存中运行。
异步
- 进程的运行速度不可预测。
- 操作系统的状态不可重复。
操作系统的基本功能
- 处理机管理:控制进程线程状态、管理进程同步、互斥、通信、调度···
- 存储器管理(内存管理):分配回收内存、地址转换、存储保护、内存扩充···
- 文件管理(主要指外存):文件目录、文件操作、磁盘空间管理、文件存取控制···
- 接口管理:系统命令、程序接口···
- 设备管理:设备驱动、分配和回收、缓冲技术···
操作系统设计机构
模块化结构OS
类似于模块化编程,将大的模块分为小的模块,通过接口进行交互
分成式结构OS
类似于计算机网络的OSI参考模型分层,所有模块之间按调用次序排成若干层,相邻层次之间只有单向依赖或单向调用。
优点:结构清晰 ,避免循环调用。便于维护、移植、扩充。
微内核结构OS
微内核OS=微内核+核外服务器
微内核
足够小的内核:只提供操作系统最基本的功能
- 与硬件相关的功能
- 一些基本功能
- 客户与服务器之间的通信
核外服务器
- 完成操作系统绝大部分服务功能,等待应用程序提出请求
- 由若干服务器构成或进程共同构成
如:进程/线程服务器,虚拟存储服务器,设备管理服务器等
以进程的形式运行在用户态。
优点:方便操作系统功能的扩充(只需在核外服务器上增加相应的进程)
参考文档
计算机操作系统(第四版)汤小丹···