操作系统的基本概念学习资料

有效：系统效率，资源利用率 （如：CPU利用的充足与否，内存、外部设备是 否忙碌）
合理： 公平与否，如果不公平则会产生“死锁”或“饥饿”
方便：两种角度： 用户界面
编程接口
三、操作系统的特征
并发：
在计算机系统中同时存在多个程序 宏观上：这些程序是同时在执行的 微观上：任何时刻只有一个程序在执行
即微观上这些程序在CPU上轮流执行
• 表面上：平台（标准）
例子：并发，存储保护，• 实文质件上系：争统夺，产业网的络制高
点
操作系统作为 管理程序
• 硬件平台扩展为运行平台
运行平台是承载应用程序的载体
操作系统作为 幻觉制造者(illusionist)
• 提供硬件的高层界面，取消硬件限制 • 操作系统提供无限的内存、无限的CPU
操作系统作为 管理者(government)
并发(单机) vs 并行(多CPU或多机)
操作系统特征（续）
共享：
操作系统与多个用户的程序共同使用计算机 系统中的资源（共享有限的系统资源） 操作系统要对系统资源进行合理分配和使用 资源在一个时间段内交替被多个进程所用
互斥共享（如音频设备） 同时访问（如可重入代码，磁盘文件） 资源分配难以达到最优化
操作系统的基本概念
游戏 编译器
M IS
。 。 。 应用软件设计者
命令解释器
网 络 ， 数 应据 用库 软件设计者
操作系统
操作系统设计者
机器语言
微程序
物理设备
二、操作系统的定义
操作系统是计算机系统中的一个系统软件， 是一些程序模块的集合——
它们能以尽量有效、合理的方式组织和管理计算机的软硬件资源，合理的组织计 算机的工作流程，控制程序的执行并向用户提供各种服务功能，使得用户能够灵 活、方便、有效的使用计算机，使整个计算机系统能高效地运行
需要处理复杂性
• 首次面对重大失败：
操作系统特征（补充）
虚拟：
一个物理实体映射为若干个对应的逻辑实体－ －分时或分空间。虚拟是操作系统管理系统资源 的重要手段，可提高资源利用率
CPU－－每个用户（进程）的"虚处理机" 存储器－－每个进程都占有的地址空间（指令＋ 数据＋堆栈） 显示设备－－多窗口或虚拟终端
操作系统特征（补充）
随机性：
每一用户都要自行编写涉及到硬件的 源代码
工作量大，难度高，易出错，需要大 量人力和物力
第 2 阶段
硬件昂贵，人力便宜
简单批处理：装入程序、运行、打印结 果、撤出、再重复
用户把程序（卡片或磁带）交给负责调 度的操作员（系统管理员）
常驻监控程序自动地装入程序、运行、 撤出作业
多道程序批处理系统
• 在磁盘上多个作业等待运行
其缺点是会出现死锁)
• 具体完成分配 • 回收资源
资源管理的目的
实现资源共享 提高资源利用率 操作系统功能
CPU(进程)管理 存储管理 文件管理 作业管理 设备管理
----操作系统学习的主线索
3.进程的观点
从操作系统运行的角度动态的观察操作 系统
从这个观点来看： 操作系统是由一些可同时独立运行的 进程和一个对这些进程进行协调的核 心组成
用户接口
操作系统对外提供两种接口： 系统命令：供用户用于组织和控制自己的作业
运行。命令行、菜单式或GUI（联机）；命令 脚本（脱机） 编程接口：供用户程序和系统程序调用操作系 统功能。系统调用和高级语言库函数
6.其他观点
平台之争
企业竞争的范围已经超出了
操作系统作为 仲裁者（协市场调、者） 使多个应用程序/用户高资效本，和技公术平地一起工作 保护用户不互相干扰 竞争的焦点：
4.虚机器观点
从操作系统内部结构来看： 把操作系统分成若干层 每一层完成其特定功从而构成一个虚机器，
并对上一层提供支持 通过逐层功能扩充,最终完成整个操作系统
虚机器 而操作系统虚机器向用户提供各种功能, 完成用户请求
5. 服务提供者的观点
从用户角度来看：
操作系统为用户提供一组功能强大的、方 便易用的命令或系统调用
操作系统---资源管理者 硬件资源：
CPU，内存，外部设备(I/O设备，外存， 时钟，网络接口等)
软件资源： 硬盘上的文件，信息
对资源进行什么样的管理
• 记录资源使用状况 如 哪些资源空闲，好坏与否，被谁使用, 使用多长时间等
• 合理的分配资源
静态分配策略 (在程序运行前分配，但效率不高) 动态分配策略 (在程序运行过程中何时用资源，何时分配。
• 多道程序 - 同时运行多个作业 - 选择若干作业准备运行（调度）
并装入内存（存储管理）
- 运行一个作业，当它等待时切换至内存 中的另一个作业（如需安装磁带，等键 按下）
多道程序设计：
多个用户共享系统 增加：存储保护，重定位 利用率高（多个作业） 有必要采用并发程序设计技术 操作系统成为研究焦点：
• 有效合理地分配资源，保护用户不受侵犯 • 提供安全、保密措施
操作系统作为 历史教员
• 学习过去，预测未来 操作系统作为 标准服务提供者
• 提供每个用户需要的标准工具 • 如标准库、窗口系统
程序创建和执行 存取I/O设 备 控制对文件 的存取 系统存取 错误检测和 回应 统计
五、操作系统的发展
• 作为软件来看的观点 资源管理的观点 进程的观点 虚机器观点 服务提供者观点
1.作为软件来看的观点
软件的特性 • 外在特性：
软件是种语言,是界面 界面:使用方式 （命令,系统调用等) • 内在特性： 软件的结构 a.由有几部分组成 b.每个部分的功能 c.部分之间的关系
2.资源管理的观点
操作系统必须随时对以不可预测的次序发生的 事件进行响应
如何考虑周密、设计适当
进程的运行速度不可预知：分时系统中，多个进程并发执行，“走走停停”， 无法预知每个进程的运行推进快慢 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相似，但通过资源预留以保证性能
四、研究操作系统的几种观点
操作系统发展是随着计算机硬件技 术、应用软件的发展而发展的 发展的方向：充分利用硬件
提供更好的服务
1.概述 操作系统历史划分为4个阶段
第 1 阶段 硬件非常昂贵，没有操作系统
控制台
一个用户
• 一次完成一个功能（计算，I/O，用户思 考/反应）
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
• 程序通过卡片装入 • 用户在控制台前调试程序
那个时代的特点：工作效率非常低