操作引论

• 1.1操作系统的作用和目标
• 1.1.1目标：
• 1.1.2作用：
• 1.1.3推动操作系统发展的主要动力
• 1.2操作系统的发展过程
• 1.2.1 未配置操作系统的计算机系统
• 1. 人工操作方式
• 2.脱机输入/输出(off-Line I/O)方式
• 目的
• 脱机I/O方式的主要优点
• 1.2.2单道批处理系统
• 目的
• 主要缺点
• 1.2.3 多到批处理系统
• 多道程序设计的基本概念
• 优点
• 缺点
• 多到批处理系统需要解决的问题
• 1.2.4分时系统
• 1.分时系统的引入
• 2.分时系统实现中的关键问题
• 3.分时系统的特征
• 1.2.5 实时系统
• 1.实时系统的类型
• 2.实时任务的类型
• 3.实时系统与分时系统特征的比较
• 1.2.6 微机操作系统的发展
• 1.单用户单任务操作系统
• 2.单用户多任务操作系统
• 3.多用户多任务操作系统
• 1.3操作系统的基本特征
• 1.并发
• 并发与并行的区别
• 2.共享
• 1.互斥共享
• 2.同时访问方式
• 3.虚拟
• 1.时分复用技术
• 2.空分复用技术
• 4.异步
• 1.4 操作系统的主要功能
• 1.处理机管理功能
• 2.储存器管理功能
• 3.设备管理功能
• 4.文件管理功能
• 5.操作系统与用户之间的接口
• 6.线代操作系统的新功能
• 1.5 OS结构设计
• 1.传统操作系统结构
• 1.无结构操作系统
• 2.模块化结构OS
• 模块化接口法的优缺点
• 3.分层式结构OS
• 分层式结构的优缺点
• 2.C/S 模式

1.1操作系统的作用和目标

1.1.1目标：

1. 方便性
2. 有效性
3. 可扩充性
4. 开放性

1.1.2作用：

1. OS作为用户与计算机硬件系统之间的接口
2. 作为计算机系统资源的管理者
3. OS实现了对计算机资源的抽象

1.1.3推动操作系统发展的主要动力

1. 不断提高计算机资源的利用率
2. 方便用户
3. 器件的不断更新换代
4. 计算机体系结构的不断发展
5. 不断提出新的应用需求

1.2操作系统的发展过程

1.2.1 未配置操作系统的计算机系统

1. 人工操作方式

1. 用户独占全机，即一台计算机的全部资源由上机用户所独占
2. CPU等待人工操作，当用户进行装带、卸带等人工操作时CPU及内存等资源是空闲的
   人工操作方式严重降低了计算机资源的利用率，人机矛盾

2.脱机输入/输出(off-Line I/O)方式

**脱机输入/.输出的方式：**在脱离主机的情况下进行
**联机输入/输出方式：**在主机的直接控制下进行输入/输出的方式

目的

为解决人机矛盾及CPU和I/O设备之间速度不匹配的矛盾

脱机I/O方式的主要优点

1. 减少了CPU的空闲时间。
2. 提高了I/O速度

1.2.2单道批处理系统

单道批处理系统是在解决人机矛盾和CPU与I/O设配速度不匹配矛盾的过程中形成的

目的

旨在提高系统资源的利用率和系统吞吐量

主要缺点

系统中的资源得不到充分的利用

1.2.3 多到批处理系统

多道程序设计的基本概念

优点

1. 资源利用率高
2. 系统吞吐量大

缺点

1. 平均周转时间长
2. 无交互能力

多到批处理系统需要解决的问题

1. 处理机争用问题
2. 内存分配和保护问题
3. I/O设备分配问题
4. 文件的组织和管理问题
5. 作业管理问题
6. 用户与系统的接口问题

1.2.4分时系统

1.分时系统的引入

为满足用户对人机交互的需求

1. 人机交互
2. 共享主机

2.分时系统实现中的关键问题

1. 及时接收
2. 及时处理
   (1) 作业直接进入内存
   (2) 采用轮转运行方式

3.分时系统的特征

1. 多路性
2. 独立性
3. 及时性
4. 交互性

1.2.5 实时系统

1.实时系统的类型

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

2.实时任务的类型

1. 周期性实时任务和非周期性实时任务
2. 硬实时任务和软实时任务

3.实时系统与分时系统特征的比较

1. 多路性
   信息查询系统和分时系统中的多路性都是表现为系统按分时原则为多个终端用户服务；实时控制系统的多路性则是指系统周期性地对多路现场信息进行采集，以及对多个对象或者多个执行机构进行控制
2. 独立性
   信息查询系统中的每个终端用户在与系统交互时，彼此互相独立互不干扰；同样在实时控制系统中，对信息采集和对对象的控制也都是彼此互不干扰的
3. 及时性
   信息查询系统对实时性的要求是依据人所能接受的等待时间确定的，而多媒体系统实时性的要求是，播放出来的音乐和电视能令人满意，实时控制系统的实时性则是以控制对象所要求的截止时间来确定的一般为毫秒级
4. 交互性
   在信息查询系统中，人与系统的交互性仅限于访问系统中的某些特定的专用服务程序，它并不像分时系统那样，能向终端用户提供数据处理、资源共享等服务。而多媒体系统的交互性也仅限于用户发送某些特定的命令，如开始、停止、快进等，系统立即响应
5. 可靠性
   分时系统要求系统可靠，实时系统要求系统高度可靠，因为任何差错都可能带来无法与判断的灾难性后果。因此，在实时系统中，往往都采取多级容错措施来保障系统的安全性及数据的安全性

1.2.6 微机操作系统的发展

1.单用户单任务操作系统

1. CP/M
2. MS-DOS

2.单用户多任务操作系统

Windows、Windows XP、Windows Server

3.多用户多任务操作系统

UNIX OS

1.3操作系统的基本特征

1.并发

并发与并行的区别

1. 并行性是指两个或多个事件在同一时刻发生
2. 并发性是指两个或者多个事件在同一时间间隔内发生

2.共享

1.互斥共享

系统中的某些资源在规定在一段时间内只允许一个进程访问该资源

2.同时访问方式

系统中的一些资源允许在一段时间内由多个进程“同时”对他们进行访问，宏观的同时，微观的多个进程之间的交替访问

3.虚拟

1.时分复用技术

1. 虚拟处理机技术
2. 虚拟设备技术

2.空分复用技术

4.异步

进程是以人们不可预知的速度向前推进的，这就是进程的异步性

1.4 操作系统的主要功能

1.处理机管理功能

1. 进程控制
2. 进程同步
3. 进程通信

4. 调度
   1.作业调度
   2.进程调度

2.储存器管理功能

1) 内存分配
主要任务：
(1)为每道程序分配内存空间
(2) 提高存储器的利用率，尽量减少不可用的内存 空间
(3) 允许正在运行的程序申请附加的内存空还能，以适应程序和数据动态增长的需要
OS在实现内存分配时，可采取静态和动态两种方式：
(1) 静态分配方式
每个作业的内存空间是在作业装入时确定的，在作业装入后的整个运行期间不允许该作业在申请请的内存空间，也不允许作业在内存中“移动”
(2) 动态分配方式：
每个作业所要求的基本内存空间虽然也是在装入时确定的，但允许该作业在运行过程中继续申请新的附加内存空间以适应程序和数据的动态增长，也允许作业在内存中“移动”
2) 内存保护

1. 确保每道用户程序都仅在自己的内存空间内运行，彼此互不干扰
2. 绝不允许用户程序访问操作系统的程序和数据，也不允许用户程序转移到非共享的其它用户程序中去执行

3) 地址映射
4) 内存扩充

3.设备管理功能

1. 缓冲管理
2. 设备分配
3. 设备处理

4.文件管理功能

1. 文件储存空间的管理
2. 目录管理
3. 文件的读 / 写管理和保护

5.操作系统与用户之间的接口

1. 用户接口
   (1) 联机用户接口
   (2)脱机用户接口
   (3) 图形用户接口

2. 程序接口

6.线代操作系统的新功能

1. 系统安全
2. 网络的功能和服务
3. 支持多媒体

1.5 OS结构设计

1.传统操作系统结构

1.无结构操作系统

以便于有效的利用内存但是随着系统的不断扩大程序出错难以调试，程序的阅读性差难以理解，增加维护人员的负担

2.模块化结构OS

模块化接口法的优缺点

1. 提高OS设计的正确性、可理解性和可维护性
2. 增强OS的可适应性
3. 加速OS的开发过程

3.分层式结构OS

分层式结构的优缺点

1. 易保证系统的正确性
2. 易扩充和易维护性

2.C/S 模式

略。。。。。。。。。

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