操作系统总结#(精选.)

第1章：操作系统概述

1.1 操作系统基本概念

1.1.1 操作系统概念

计算机系统自下而上可分为：硬件、操作系统、应用程序和用户；操作系统控制和协调各用户的应用程序对硬件的分配与使用；它是系统软件

1.1.2 操作系统的特征

1.并发：两个或多个事件在同一时间间隔内发生；因此它具有处理和调度多个程序同时执行的能力；引入进程的目的使程序并发执行；微观上分时交替执行，通过分时实现

2.共享：系统中的资源可供内存中多个并发的进程共同使用。可分为两种：

（1）互斥共享：如打印机、磁带机等。此资源被占用，其他进程访问该资源必须等待，这类资源被称为临界资源或独占资源

（2）同时访问：“同时”往往宏观上，而微观上这些进程可能是交替对该资源进行访问，例如磁盘

并发与共享是操作系统两个最基本的特征

3.虚拟：把物理上实体变化为若干个逻辑上的事物，虚拟技术。虚拟处理器、虚拟内存、虚拟外部设备等。可分为时分复用技术（如处理器分时共享）、空分复用（如虚拟存储器）

4.异步：由于资源有限，多个程序并发执行，进程执行不是一贯到底而是走走停停，以不可预知的速度前行。需要采用同步机制，使每次运行结果一致

1.1.3 操作系统的目标与功能

操作系统（工人）应有：处理机、存储器、设备和文件管理（工人有熟练的技能）；还必须向用户（雇主）提供接口；可用来扩充机器（机器有工人后功能更好的发挥）

1.操作系统作为计算机系统资源的管理者

（1）处理机分配和运行都是以进程为基本单位，因而对处理机的管理可归结为对进程的管理

（2）存储器管理是为了给多道程序运行提供良好的环境，方便用户使用以及提高内存利用率

（3）文件管理是操作系统负责管理文件系统

（4）设备管理主要任务是完成用户I/O请求，方便用户使用各种设备，并提高设备利用率（工人负责，雇主不需要关注）

2.操作系统作为用户与计算机硬件系统之间的接口

（1）命令接口：分为联机命令接口（交互式命令接口）适用于分时或实时系统接口，由一组键盘操作命令组成；脱机命令接口（批处理命令接口）适用于批处理系统，它由一组作业控制命令（作业控制语句）组成，应写一份作业说明书连同作业一起提交给系统

联机命令：雇主说一句话，工人做一件事并反馈，强调交互性；脱机命令：雇主把要做的事写在清单上，工人按清单逐条完成

（2）程序接口：由一组系统调用命令（广义指令）组成。是操作系统提供给应用程序使用内核功能的接口

（3）图形接口GUI

3.操作系统用作扩充机（虚拟机）

工人操作了机器，机器便有了很大的作用，工人便成了扩充机器

1.2 操作系统的发展与分类

1.2.1 手工操作阶段（无操作系统）

缺点：（1）用户独占全机（2）CPU利用率低

1.2.2 批处理阶段（操作系统出现）

为了解决人机矛盾及CPU与I/O速度不匹配矛盾

1.单道批处理：系统对作业处理是成批的，但内存中始终保持一道作业。特征：

（1）自动性：一批作业逐个依次运行

（2）顺序性：顺序装入内存，顺序的被执行

（3）单道性：内存中仅一道程序在执行，只有执行完或者发生异常才调用下一程序

问题：每当运行期间发出I/O请求，高速的CPU便处于等待低速的I/O完成状态

2.多道批处理：装入多个程序在内存中，当某一个程序因I/O请求而暂停运行时，CPU便立即转去运行另一道程序，特点：多道、宏观上并行、微观上串行，需要解决的问题：

（1）如何分配处理器

（2）多道程序内存分配问题

（3）I/O设备如何分配

（4）如何组织和存放大量数据，以便于用户和保证其安全性和一致性

优点：资源利用率高，系统吞吐量大，CPU保持忙碌；缺点：用户响应时间长，不提供人机交互

1.2.3 分时操作系统

实现的关键：如何使用户能与自己的作业进行交互，即当用户在自己终端上键入命令时，系统应能及时接收并处理该命令，再将结果返回给用户。特征：

（1）同时性：多个终端使用一台计算机

（2）交互性：进行人-机对话

（3）独立性：互不干扰，感觉自己在独占全机

（4）及时性：在很短时间内得到响应

1.2.4 实时操作系统

（1）硬实时系统：某个动作必须绝对地在规定时间内完成，如飞行器的飞行自动控制系统（2）软实时系统：偶尔运行违反时间规定，不会引起永久性损害，如飞机票务系统

特点：及时性和可靠性

1.2.5 网络操作系统和分布式操作系统

网络操作系统特点：网络中各种资源的共享以及各台计算机之间的通信

分布式操作系统特点：分布性和并行性。若干台计算机协同完成同一任务

1.2.6 个人计算机操作系统

1.3 操作系统运行环境

1.3.1 操作系统的运行机制

操作系统中通常CPU执行内核程序和用户自编的系统外层程序，前者管理后者，管理程序要执行一些特权指令，例如I/O指令、置中断指令、存取用于内存保护的寄存器等。划分了用户态（目态）和核心态（管态）

一些与硬件关联紧密的模块，如时钟管理、中断处理等处于最底层，其次是运行较高的程序，如进程管理、存储器管理等，这两部分构成了操作系统内核，工作在核心态，内核包括：1.时钟管理：时钟是最关键的设备，一个功能是计时，二是通过时钟中断管理，实现进程的切换，例如，在分时操作系统中，采用时间片轮转调度实现

2.中断机制：为了提高多道程序运行环境中CPU的利用率，主要针对外部设备，例如键盘信息输入、进程管理和调度、系统调用等，现代操作系统是靠中断驱动的软件

中断机制中只有一小部分属于内核，负责保护和恢复中断现场信息，转移控制权到相关处理程序，这样可以减少中断处理时间，提高系统并行处理能力。

3.原语：操作系统底层必然是一些可被调用的公用小程序，各自完成规定的操作。特点：