（6.1.1）操作系统引论

1-什么是操作系统？

操作系统是计算机系统的控制中心，它管理计算机系统的资源，使计算机系统的资源得到高效利用，同时为用户提供方便的使用接口，为用户使用计算机创建良好的工作环境的程序集合。

2-操作系统的目标

1. 方便性:操作系统使计算机更易于使用。
2. 有效性:操作系统允许以更有效的方式使用计算机系统资源。
3. 可扩展性:在操作系统中,允许有效地开发，测试和引进新的系统功能。
4. 开放性:实现应用程序的可移植性和互操作性,要求具有统一的开放的环境。

3-操作系统的作用

1. OS作为用户与计算机硬件间的接口
2. OS作为计算机资源的管理者
3. OS用作扩充机器：扩充了计算机系统硬件的功能。

4-操作系统的组成

系统资源包括 CPU、内存、输 入 输 出 设备 以及 存 储在 外 存中 的信 息.
因此 操作系统由
(1)对CPU的使用进行管理的进程调度程序
(2)对内存分配进行管理的内存管理程序
(3)对输入输出设备进行管理的设备驱动程序
(4)对外存中信息进行管理的文件系统、等四部分组成。

5-操作系统的发展历史

1. 手工操作：（1946 ~ 50年代（电子管），集中计算（计算中心），计算机资源昂贵；）
   A. 工作方式
   用户：用户既是程序员，又是操作员；用户是计算机专业人员；
   编程语言：为机器语言；输入输出：纸带或卡片；
   B. 计算机的工作特点
   用户独占全机：不出现资源被其他用户占用，资源利用率低；
   CPU等待用户：计算前，手工装入纸带或卡片；计算完成后，手工卸取纸带或卡片；CPU利用率低；
   C. 主要矛盾：计算机处理能力的提高，手工操作的低效率（造成浪费）；用户独占全机的所有资源； D. 提高效率的途径：专门的操作员，批处理

2. 单道批处理系统：（50年代末 ~ 60年代中（晶体管）：利用磁带把若干个作业分类编成作业执行序列，每个批
   作业由一个专门的监督程序（Monitor）自动依次处理。可使用汇编语言开发。）
   特征：
   （1）自动性
   （2）顺序性
   （3）单道性
   ♣主要问题
   CPU和I/O设备使用忙闲不均（取决于当前作业的特性）。
   对计算为主的作业，外设空闲；对I/O为主的作业，CPU空闲；

3. 多道批处理系统：60年代中 ~ 70年代中（集成电路），利用多道批处理 提高资源的利用率。
   （1）多道性
   （2）无序性
   （3）调度性
   优缺点：
   （1）资源利用率高
   （2）系统吞吐量大
   （3）平均周转时间长
   （4）无交互能力
   需要解决的问题：
   （1）处理机管理
   （2）内存管理
   （3）I\O设备管理
   （4）作业管理

4. 分时操作系统：70年代中期至今
   分时的目的：多个程序分时共享硬件和软件资源(即：多任务)。多个用户分享使用同一台计算机(即：多用户) 。
   （1）多路性
   （2）独立性
   （3）及时性
   （4）交互性
   （5）可靠性

5. 实时操作系统:
   是对来自外界的作用和信息在规定的时间内及时响应并进行处理的系统。常用的系统有RDOS、VRTX等。

6-操作系统的基本特性

并发、共享、虚拟、异步性

并行性和并发性是既相似又有区别的两个概念：
并行性是指两个或多个事件在同一时刻发生；
并发性是指两个或多个事件在同一时间间隔内发生。

1. 并发：在多道程序环境下，并发性是指在一段时间内，宏观上有多个程序在同时运行。
   在单处理机系统中，每一时刻仅能有一道程序执行，故微观上这些程序只能是分时地交替执行。
   多个处理机系统中，则这些可以并发执行的程序便可被分配到多个处理机上，实现并行执行，即利用每个处理机来处理一个可并发执行的程序，这样，多个程序便可同时执行。 即并行。

2. 共享：在操作系统环境下，所谓共享是指系统中的资源可供内存中多个并发执行的进程(线程)共同使用。
   由于资源属性的不同，进程对资源共享的方式也不同，目前主要有两种资源共享方式：互斥共享方式和同时访问方式
   ★互斥共享方式
   系统中的某些资源，如打印机、磁带机，虽然它们可以提供给多个进程使用，但为使所打印或记录的结果不致造成混淆，应规定在一段时间内只允许一个进程访问该资源。
   ★并发、共享关系
   并发和共享是操作系统的两个最基本的特征，它们又是互为存在的条件。
   一方面，资源共享是以程序(进程)的并发执行为条件的，若系统不允许程序并发执行，自然不存在资源共享问题；另一方面，若系统不能对资源共享实施有效管理， 协调好诸进程对共享资源的访问，也必然影响到程序并发执行的程度，甚至根本无法并发执行。

3. 虚拟：操作系统中的所谓“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。物理实体(前者)
   是实的，即实际存在的；而后者是虚的，是用户感觉上的东西。相应地，用于实现虚拟的技术，称为虚拟技术。在OS中利用了多种虚拟技术，分别用来实现虚拟处理机、虚拟内存、

4. 异步性：在多道程序环境下，允许多个进程并发执行， 但只有进程在获得所需的资源后方能执行。在单处理机环境下，由于系统中只有一个处理机，因而每次只允许一个进程执行，其余进程只能等待。当正在执行的进程提出某种资源要求时，如打印请求，而此时打印机正在为其它某进程打印，由于打印机属于临界资源，因此正在执行的进程必须等待，且放弃处理机，直到打印机空闲，并再次把处理机分配给该进程时，该进程方能继续执行。

7-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

2-存储器管理功能

1. 内存分配
2. 内存保护
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. 文件存储空间的管理
2. 目录管理
3. 文件的读/写管理和保护

5-用户接口

1. 命令接口
2. 程序接口
3. 图形接口

9 分派程式停止某一个处理元使用中央处理器，并分派中央处理器给另一个处理元所需的时间，称为分派时间（Dispatch Latency）。