操作系统概览-优快云博客

操作系统是什么？

操作系统是计算机系统中的一个系统软件，是一些程序模块的集合——
 它们能以尽量有效、合理的方式组织和管理计算
机的软硬件资源
 合理地组织计算机的工作流程，控制程序的执行
并向用户提供各种服务功能
 使得用户能够灵活、方便地使用计算机，使整个
计算机系统高效率运行

有效：系统效率，资源利用率；合理：各种软硬件资源的管理是否公平合理；方便使用：两种角度，用户界面与编程接口

管理哪些资源?
硬件资源: CPU, 内存, 设备(I/O设备, 磁盘, 时钟, 网卡等)
软件资源: 磁盘上的文件, 各类管理信息等

怎么管理资源?
通过数据结构和算法跟踪记录资源的使用情况(数据结构决定可以有哪些功能, 基于这些功能可以策划有哪些算法支持资源如何分配,有哪些空闲资源可以分配等问题)

相关策略
静态分配策略: 程序运行前就将资源全部分配完成, 会造成资源浪费
动态分配策略: 执行过程中, 需要资源再提出申请, 会根据数据结构决定是否分配
分配和回收: 具体取决于数据结构(如可以使用位图去实现, 已分配标注1 未分配0)

资源管理角度-操作系统五大基本功能

进程线程管理(CPU管理): 进程线程状态, 控制, 同步/互斥, 通信, 调度…
存储管理: 分配/回收, 地址转换, 存储保护, 内存扩充…
文件管理: 文件目录, 文件操作, 磁盘空间, 文件存储控制 …
设备管理: 设备驱动, 分配回收, 缓冲技术…
用户接口: 系统命令, 编程接口

举例

举例

并发
指的是操作系统具有同时处理多个任务的能力
并发引起的问题
任务切换,保护,互相依赖任务之间同步的问题
同时执行多个程序的错觉: 单CPU场景下, 任务之间轮流执行
并行: 不同任务同时在多个硬件部件上执行。 (注意并发和并行的区别)

共享
指的就是多个用户程序共同使用操作系统的资源
举例
互斥共享(打印机)
同时共享(重入代码, 磁盘文件)
问题: 操作系统资源分配,保证不同进程间不被影响

虚拟
将物理实体(CPU,内存) 映射为若干个逻辑实体-分时，分空间
目的: 提升资源利用率
举例:
CPU: 每个进程在虚拟CPU上在跑, 但是微观上只有一个进程在一个CPU上在跑
进程独立地址空间，物理上是共用一块物理内存
显示设备可以多开, 也是虚拟化的结果

随机（异步）
操作系统必须随时对次序不可预测的任务进行响应
举例
进程运行速度不可预知，多个进程同时运行 (上下CPU)
难以重现系统在某一个时刻的状态

操作系统的发展是随着计算机硬件技术的发展

批处理系统

单道批处理系统
多道批处理系统
真脱机
假脱机(Spooling技术)

分时操作系统
轮流为每个用户服务
时间片: 按照时间片轮转为每个用户服务
追求目标: 响应时间

通用操作系统
将分时和批处理结合
场景前台: (分时优先,批处理后)
场景后台: (批处理先,分时后)

实时操作系统
能够及时响应外部请求, 能够在严格的时间内完成
实时过程控制: 航空
实时通信系统: 交换机, 银行
追求目标
1 严格时间内能有响应
2 高可靠性

个人计算机操作系统
计算机在某一时刻只为一个人服务
追求目标: 界面友好,使用简单, 丰富应用软件

网络操作系统
基于网络体系结构和网络协议标准开发的网络模块
功能: 网络通信, 安全, 资源共享, 以及各种网络应用

分布式操作系统
以网络为基础或者以多机为基础，特征是将计算任务分布在不同计算机上
技术点: 任务分配, 调度, 负载均衡
优点: 处理能力强, 速度快, 可靠性强, 具有透明性

嵌入式操作系统
对应不同设备的软硬件系统, 他是某一个设备中的系统, 不一定是计算机
功能: 控制设备中的各个部件协调工作, 合理调度

智能卡操作系统
智能卡: 一种带有CPU芯片的卡片
特点: 由于非常小，对能耗和存储都有严格的限制
举例: 电子支付

核心点
操作系统的定义
操作系统的三个作用, 四个特征
Spooling技术
windows, linux, unix架构特点