第一章 操作系统引论

概述

操作系统是配置在计算机硬件上的第一层软件是对硬件系统的首次扩充。
操作系统的定义：一组能有效组织和管理计算机硬件和软件资源，合理对各类作业进行调度，以及方便用户使用的程序的集合。

操作系统的功能（作用）

1. 作为计算机系统资源的管理者

a. 处理机管理
负责对进程的控制，同步，通信，调度。
b. 存储器管理
负责内存分配，内存保护，地址映射，内存扩充
c. 文件管理
负责文件存储空间的管理，目录管理，文件的读/写和保护
d. 设备管理
负责处理用户的IO请求，方便管理各种设备

2. 作为用户与计算机硬件系统之间的接口

方便用户对操作系统的使用
a. 命令接口（用户接口）
便于用户控制自己的作业，分为联机用户接口，脱机用户接口和图形用户接口
b. 程序接口
方便用户程序访问系统资源，是用户程序取得操作系统服务的唯一途径
c. GUI

3. 实现了对计算机资源的抽象（扩充机器）

对机器覆盖了软件
eg:将底层IO抽象为read, writer

操作系统的发展

1. 未配置操作系统

人工操作方式
把穿孔纸带装入纸带输入机后启动计算机
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
预先把纸带装入输入机通过外围机控制输入磁带，CPU读取磁带
相比于人工操作
（1）减少了CPU空闲
（2）提高了IO速度0

2. 单道批处理系统

系统中配有监督程序实现对磁带上的程序一个接一个连续处理，直到磁带上的作业全部处理完成。虽然系统对作业的处理是成批进行，但每次内存依然只处理一个作业。（一次只处理一个程序）
主要问题：每当运行时发出IO请求后，高速的CPU便要去等待低速的IO

3. 多道批处理系统

用户提交的程序在外存上形成“后备队列”，由作业调度程序按算法选择作业调入内存，由他们共享CPU和系统资源并允许他们交替运行。
如某程序因IO暂停，CPU便去运行另一程序
相比于单道，交替运行使得CPU利用率大幅提高。
宏观上并行，微观上串行。
缺点：周转时间长（排队处理），无交互能力（无法调试）
主要问题：如何分配CPU；内存分配问题；IO设备如何分配

4. 分时系统

主要解决人机交互和共享主机的问题，即做到对多个终端的及时接受和及时响应。
及时接受：采用多路卡使得主机能在短时间内扫描所有用户缓冲区里的命令
及时响应：作业直接进入内存；
采用轮转运行方式，将CPU分为时间片，每个作业每次只运行一个时间片，避免独占，在短时间内使得所有的作业都运行一个时间片，便实现了及时响应。
主要特性：1. 多路性（多个终端）
2. 独立性（多个终端互不干扰）
3. 及时性
4. 交互性

5. 实时系统

将时间作为关键参数，及时响应并在规定时间内完成外部事件的请求
常见几种：
1. 工业（武器）控制系统
2. 信息查询系统
3. 多媒体系统
4. 嵌入式系统
类型
1. 周期性实时任务和非周期性实时任务
2. 硬实时任务（严格）和软实时任务（不严格）
相比于分时增加了 可靠性 的特性
总结
批处理系统具有高资源利用率和系统吞吐量，分时系统能够及时响应，实时系统具有实时的可靠性

操作系统的基本特性

1. 并发

并行与并发：并行指同一时间，并发指同一时刻间隔内
进程与线程：进程是资源（CPU、内存等）分配的基本单位，它是程序执行时的一个实例；线程是程序执行时的最小单位，它是进程的一个执行流，是CPU调度和分派的基本单位，一个进程可以由很多个线程组成，线程间共享进程的所有资源。
两个名词不过是对应的CPU时间段的描述

2. 共享

分为互斥共享方式和同时访问方式
并发和共享是OS的最基本的两个特性

3. 虚拟

把一个屋里实体变为若干逻辑上的对应物称为虚拟
OS通过时分复用（利用某设备的空闲时间，如处理机的分时共享）和空分复用（利用存储器的空闲空间，如虚拟存储器）两个技术来实现虚拟

4. 异步

多道程序设计环境多个程序并发执行，程序的执行可能是断断续续，不可预知的。

操作系统体系结构

大内核
将OS主要功能模块都作为一个紧密联系的整体在运行
问题在于难以维护
微内核
将最基本的功能保留在内核，而其他功能由用户态执行
问题在于性能

思维导图

另外这个下载链接下有本人收集的操作系统的基础习题+答案
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