《计算机操作系统》学习笔记（一）---操作系统引论

一、操作系统的作用有三：
1、OS作为用户与计算机硬件系统之间的接口

2、OS作为计算机系统资源的管理者

计算机系统资源可分为四类：

（1）处理器

（2）储存器

（3）I/O设备

（4）信息（数据和程序）

OS的主要功能就是针对这四类资源进行有效管理，分别对应着：

（1）进程管理

（2）存储器管理

（3）设备管理

（4）文件管理

3、OS用作扩充机器
通常把覆盖了软件的机器称为扩充机或虚拟机，当人们为裸机覆盖上包含若干层次的OS之后，即可获得一台功能显著增强的多层扩充机器或多层虚拟机。

二、操作系统的种类有四：
1、脱机（Off-Line）I/O方式的人工操作方式
程序和数据的输入输出都是在外围机的控制下完成，它们是脱离主机的情况下进行的，故称为脱机输入/输出方式，反之，主机直接控制下进行输入/输出的方式称为联机（On-Line）输入/输出。其实磁盘在这里起着缓冲区的作用。

2、单道批处理系统
把一批作业以脱机方式输入到磁带（磁盘）上，计算机系统自动地一个作业一个作业顺序地进行处理，直到磁带（磁盘）上的作业全部完成。其特征为：自动性、顺序性、单道性。
3、多道批处理系统
一个作业一般都会用到（CPU）和（内存以及I/O设备），但只能在一个时刻使用（CPU）和（内存以及I/O设备）其中的一个，所以降低了（CPU）和（内存以及I/O设备）的利用率，多道批处理系统即让多个作业交叉使用（CPU）和（内存以及I/O设备）。比如：A用（CPU）时，B正在用（内存以及I/O设备），A用（内存以及I/O设备）时，B正在用（CPU）。这样（CPU）和（内存以及I/O设备）在每个时刻都有作业在用它，从而提高了（CPU）和（内存以及I/O设备）的利用率，增加了系统的吞吐量。
其特征为：多道性、无序性、调度性。
优点为：资源利用率高、系统吞吐量大。
缺点为：平均周转时间长、无交互能力。（凡是批处理系统，其周转时间都很长，因为作业要排队）
4、分时系统

分时系统是指在一台主机上连接多个带有显示器和键盘的终端，同时允许多个用户通过自己的终端，以交互方式使用计算机，共享主机中的资源。

分时系统：首先要能够及时接受用户要求，即作业要放在内存上，不能放在外存上，作业在外存中不能运行

其次要能够及时处理用户命令，即每个作业系统都会为它分配固定的时间片，用完之后就轮到其他作业运行了，得等待下一次

其特征为：多路性、独立性、及时性、交互性。

5、实时系统
主要应用于实时控制，如：火炮的自动控制系统、飞机的自动驾驶系统以及导弹的制导系统；和实时信息处理，如：飞机或火车的订票系统、情报检索系统
实时系统与分时系统的特征比较：
（1）多路性：分时系统为（系统）等待（终端用户）请求，然后为该终端用户提供服务；而实时系统为（系统）自动对（多路）的现场信息采集，然后为多路提供服务；
（2）独立性：分时系统为多个（终端用户）向（主机）提出服务请求，独立操作，互不干扰；而实时系统为（主机）对（多路）进行信息采集和对象控制，互不干扰；
（3）及时性：实时系统比分时系统的及时性更高；
（4）交互性：分时系统为（系统）为（终端用户）提供数据处理服务、资源共享服务等；而实时系统为（系统）只能为（多路）提供某些特定的专用服务程序；
（5）可靠性：实时系统比分时系统的可靠性更高；

三、操作系统的基本特性有四：
1、并发：
并行性与并发性的区别：并行性是指两个或多个时间在同一时刻发生，而并发行是指两个或多个时间在同一时间间隔内发生；
2、共享：

分互斥共享和同时访问两种方式；

互斥共享：只能等一个用完再到下一个用

同时访问：可以交叉着使用，即可以并发

3、虚拟：
所谓虚拟，是指通过某种技术把一个物理实体变为若干个逻辑上的对应物（如：只有一个物理CPU，通过虚拟处理机技术将其虚拟成多个逻辑CPU，从用户的角度看，感觉是多个CPU在使用，实际上还是那一个物理CPU在使用，只是用户察觉不出来而已）。而用于实现虚拟的技术，称为虚拟技术。
有虚拟处理机技术，虚拟存储器技术和虚拟设备技术。
4、异步性：
多个进程并发执行时，一般都是交叉使用计算机中的某一个资源的，所以大多数进程通常不是“一气呵成”，而是以“停停走走”的方式运行，有可能最后进入的作业最先完成，所以进程是以人们不可预知的方向向前推进，此则进程的异步性。

四、操作系统的结构设计
1、传通操作系统结构包括：无结构操作系统、模块化OS结构、分层式OS结构
2、先进操作系统结构包括：微内核结构
微内核OS结构能有效地支持多处理机运行，非常适用于分布式系统环境。所谓微内核技术，是指精心设计的、能实现现代OS核心功能的小型内核，它与一般的OS不同，它更小更精炼，它不仅运行在核心态，而且开机后常驻内存，它不会因内存紧张而被换出内存。微内核并非是一个完整的OS，而只是为构建通用OS提供一个重要基础。
微内核的基本功能：
（1）进程管理
（2）存储器管理
（3）进程通信管理
（4）I/O设备管理