操作系统Lesson4 - 操作系统发展史-优快云博客

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文章目录

操作系统的结构
计算机启动过程
操作系统发展史
并行与并发

操作系统的结构

操作系统主要是四种结构：单体结构、分层系统、微内核、客户-服务端系统

单体结构

整个操作系统作为一个大型、单一的二进制程序在内核态运行。
优点是整个系统在一个文件中，上下文开销小；缺点是如果某一个内容出现问题，整个系统崩溃。初期的Linux就是这种结构。
为了增强系统的模块性和可扩展性，现代操作系统引入了模块化和动态加载的机制。

分层结构

将系统分为多层，类似于网络分层，每层通过接口通信。
这种系统增加了模块化程度与可维护性和拓展性，但是维护起来也非常麻烦。

微内核

现代众多操作系统的选择。传统上，所有的层都被置于内核中，但这并非必要，且可能不是最佳实践。实际上，减少内核中的功能以达到最小化内核的目标可能是更优的选择。因为内核中的错误难以处理，一旦出现错误，可能导致整个系统的崩溃。
所以就将操作系统划分为微小且功能明确的模块，这些模块中只有微内核在内核模式下运行，其他都在用户态下运行。

客户-服务器模式

微内核思想的策略是把进程划分为两类： 服务器 ，每个服务器用来提供服务； 客户端 ，使用这些服务。这个模式就是所谓的 客户-服务器 模式。
许多网吧采用这种模式，只有I/O设备没有主机，统一由中央服务器调度。

计算机启动过程

CPU上电，会触发硬件reset异常，这个异常会被CPU厂家固化到某一固定位置去执行启动程序。
这个启动程序叫bootloader，这个程序干两件事：
- boot(启动)：初始化硬件。
  - 也有一些可能的用户交互，最终目的还是将OS内核的镜像文件加载到ram上。
- loader(加载)：加载OS内核。
  - 将OS内核从存储介质中加载到内存中。
  - 内核加载需要 启动参数（要这个系统干什么活），不同系统有不同做法。
加载好内核之后并不能直接使用，因为内核只提供机制（能干什么活），还需要策略（怎么去做）。
策略由应用程序来做，但是如何找到并运行他们呢？
- 程序需要载体：磁盘、内存、NFS…
操作系统先加载载体，这个载体就是 根文件系统。再由根文件系统加载对应程序。
最后用户跟应用程序交互来完成对操作系统的调用。

在这里插入图片描述

操作系统发展史

手动操作阶段
- 这个阶段由人工进行多数操作，分配任务等。
批处理阶段
- 单道批处理
  - 内存中只能有一个作业。
  - 还有另一个监督程序进行管理。
  - 单道批处理就像银行窗口，每个任务都需要排队处理，一个人没结束下一个人就不能处理。
  - 由于只能放一个作业，所以系统资源利用率很低。
- 多道批处理
  - 内存中允许放多道作业。
  - 正在运行的程序因I/O等原因而暂停时，可以放弃CPU资源让其处理另一个程序。
  - 这个放弃是程序中写死的主动放弃，由程序主管CPU。
- 批处理的问题是系统资源利用率不高，且人机交互困难。
分时操作阶段
- 将计算机资源以时间片为单位均分，保证多任务的执行。
- 解决了人机交互困难的问题。
实时操作阶段
- 这个系统特别关注两个个问题：抢占调度、endline(截止时间)。
- 支持紧急任务不需要时间片排队，确保系统接收外部信号时及时处理。
- 是否能在规定时间内做完，有些不能完成的任务甚至调都不调。