OS_ch_1

发表于 2020-08-14 更新于 2023-07-26 阅读次数： Changyan：

本文字数： 2.1k 阅读时长 ≈ 2 分钟

操作系统知识点梳理

1.1 什么是操作系统

####

地位与目标：

地位

紧贴系统硬件之上，所有其他软件之下，（是其他软件的共同环境）

目标

有效性（系统管理人员的观点）：管理和分配硬件、软件资源，合理地组织计算机的工作流程
方便性（用户的观点）：提供良好的、一致的用户接口，弥补硬件系统的类型和数量差别
可扩充性（开放的观点）：硬件的类型和规模、操作系统本身的功能和管理策略、多个系统之间的资源共享和互操作

操作系统的定义：（没有公认的定义）

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
是一组控制和管理计算机硬件和软件资源，方便用户使用的程序集合
- 控制程序执行以防错误和不当使用
- 执行用户程序并提供服务
- 管理各种计算机资源：CPU、硬盘、内存、硬件外设等
- 有效解决冲突请求并确保资源公平使用

几种观点

OS是计算机硬件软件的管理者
OS是用户使用系统的接口
OS是扩展机/虚拟机
- 在裸机上添加：设备管理，文件管理、存储管理（外存&内存）、处理机管理

1.2操作系统的发展历史

人工操作系统

1946-50年代，（电子管）集中计算（计算中心），计算机资源昂贵

人工操作特点：

用户独占全机
CPU等待人工操作
串行性

缺点：

昂贵组件的低利用效率
利用率 = 执行时间/（执行时间+读卡时间）

单道批处理系统：

50年代末-60年代中(晶体管)利用磁带把若干个作业分类编成作业执行序列，每个批作业由一个专门的监督程序（Monitor）自动依次处理。可使用汇编语言开发。

特征：

自动性
顺序性
单道性

优点：

同一批内各作业的自动依次更替，改善了主机CPU和I/O设备的使用效率提高了吞吐量。

缺点：

内存中仅有一道程序运行，当该程序运行结束或出故障，由监控程序换入另一个程序。不能很好地利用系统资源。
CPU和I/O设备使用忙闲不均（取决于当前作业的特性）。对计算为主的作业，外设空闲；对I/O为主的作业，CPU空闲。

单道批处理系统是最早出现的一种OS,严格来说只能算是OS的前身而不是现在理解的OS，但该系统比起人工操作的系统已经有很大的进步

多道批处理系统：

60年代中~70年代中（集成电路）利用多到批处理提高资源的利用率。

多道批处理特点以及优缺点

多道程序系统的技术问题：

并行程序的运行需要共享软硬件资源，需要同步和互斥机制。
多道程序需要提高内存使用效率，需要覆盖技术，交互技术，虚拟存储等技术。
多道程序在内存中要保证系统存储区和用户存储区安全可靠，需要内存保护。.

分时系统：

70年代中期至今

多个用户分享使用同一台计算机。每个用户给一定的时间运行，然后切换到另一用户，一个轮转周期在宏观上相当短，用户感觉不到。

分时系统特征：

交互性：用户与系统进行人机对话
多路性：多用户同时在各自终端上使用同一CPU
独立性：用户可彼此独立操作，互不干扰，互不混淆。
及时性：用户在短时间内可以得到系统的及时回答。

影响响应时间的因素：

终端数目的多少
时间片的大小
信息交换量
信息交换速度

实时系统：

系统能及时响应外部事件的请求，在规定的时间内完成对该事件的处理。并控制所有事实任务协调一致的运行。
保证实时性和高可靠性，对系统的效率放在第二位。

分类：实施控制系统，实时信息处理系统。

实时系统与分时系统的比较

多处理操作系统：

并行系统的类型：

非对称式多重处理

对称式多重处理

分布式操作系统与网络操作系统的比较

1.3 操作系统的特征和服务

操作系统的基本特征

并发：多个事件在同一时间段内发生，（并行是指单处理器下宏观上并发微观上交替执行）
共享：多个进程共享有限的计算机资源，操作系统要对系统资源进行合理的分配和使用，资源在一个时间段内交替被多个进程使用。

并发和共享是操作系统两个最基本特征，这两者之间是互为存在条件的
虚拟：一个物理实体映射为若干对应逻辑实体—分时或分空间，虚拟是操作系统管理系统资源的重要手段，提高资源利用率。
异步：也称不确定性，指进程的执行顺序和执行时间的不确定性
- 进程的运行速度不可预知
- 判据：无论快慢，应该结果相通—通过进程互斥和同步手段来保证。
- 难以重现系统在某个时刻的状态（包括重现运行中的错误）
- 性能保证：实时系统与分时系统类似，但通过资源预留以保证性能。