【操作系统概念 读书笔记】第一章 导论

  操作系统（operating system）是管理计算机硬件的程序。为应用程序提供基础，并且充当计算机用户和计算机硬件的中介。

1.1操作系统的功能

硬件hardware：中央处理单元Central Processing Unit CPU、内存memory、输入/输出设备Input/Output device, I/O device；

应用程序application program;

计算机系统：硬件、软件、数据。操作系统提供正确手段以便使用这些资源。

1.1.1用户视角

操作系统设计的主要目的：用户使用方便，性能次要，资源利用不在乎。

1.1.2系统视角

操作系统--->资源分配器resource allocator；分配CPU时间、内存空间、文件存储空间、I/O设备等；

控制程序：管理用户程序的执行，以防止计算机资源的错误或者不当使用。特别注重I/O设备的运行和控制。

1.1.3操作系统的定义

操作系统：一直运行在计算机上的程序（通常称为内核kernel）；除了内核，还有：系统程序（与系统运行有关但不是内核的一部分）和应用程序（与系统无关的所有其他程序）。

1.3计算机系统的体系结构

1.3.1单处理器系统

单处理器系统：系统只有一个CPU；

1.3.2多处理器系统

多处理系统（Multiprocessing system）也称为并行系统parallel system 或多核系统multicore system：有两个或者多个紧密通信的CPU，它们共享计算机总线，有时还共享时钟、内存和外设等。

三个优点：

1.增加吞吐量（采用N个处理器加速比小于N）、

2.规模经济（价格低于多个单处理器系统，原因：共享外设、大容量存储和电源供给）、

3.增加可靠性（单个处理器失灵不会使整个系统停止工作，只会使他变慢）

 

适度退化graceful degradation：根据剩余有效硬件的级别按比例继续提供服务的能力；

容错fault tolerant：容忍单个部件错误，并且仍然继续运行。需要一定的机制来对故障进行检测、诊断和纠错（如果可能）。

 

非对称处理器asymmetric multiprocessing：有一个主处理器（boss processor）控制系统调度从处理器，并安排工作。主从关系。

对称处理器symmetric multiprocessing，SMP：每个处理器都有自己的寄存器集，也有私有或本地缓存，所有处理器都共享物理内存。

多处理可以使系统从均匀内存访问改成非均匀内存访问。

 

多核（multicore）：集成多个计算核（computing core）。多核比多个单核更高效（因为单片通信比多个芯片通信更快，多核芯片比单核芯片耗电低）

1.3.3集群系统

多核系统和集群系统都属于多处理器系统。

 

集群系统clustered system：将多个CPU组合在一起的系统；

松耦合的loosely coupled；

集群计算机共享存储，并且采用LAN(local area network区域网)连接或更快的内部连接。

高可用性：通过在系统中增加一定冗余，可获取高可用性；

非对称集群asymmetric clustering：

    一台机器处于热备份模式（host-standby mode）负责监视活动服务器，如果活动服务器失效，热备份主机变成活动服务器。

对称集群symmetric clustering：

    两个或多个主机运行应用程序，相互监视。充分使用现有硬件，多个应用程序可执行时更为高效；

 

高性能计算：并行计算。

分布锁管理器：跟踪共享磁盘的访问，针对文件访问加一控制和加锁，以确保无冲突。

存储域网（Storage-Area Network,SAN）：

1.4操作系统的结构