操作系统笔记02——引论2

第一章 操作系统引论

重难点

• 1.操作系统的重要性
• 2.操作系统的基本概念
• 3.操作系统的发展过程
• 4.操作系统的特征和功能

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三.操作系统的发展过程

操作系统的发展主线就是不断提高系统的资源利用率和满足用户需求

整个发展过程分为两大类：无OS、有OS

（一）无OS时期

人工操作方式：

• 1946-50年代中：电子管时代 ，类似于最开始出现的计算机，由人工控制，计算主要靠纸带打点
• 用户既是程序员也是操作员，是专业人员；语言使用纯**机器语言（**0和1）的排列组合；输入输入靠纸带

脱机I/0方式：

• 1.首先这个方式解决的是I/O速度与CPU运算速度不匹配的问题
  

• 2.理解：所谓外围机，其实可以理解为一段程序或者代码，输入的东西经过外围机的处理可以到达磁盘缓冲区，等CPU需要的时候把他们调入内存，而后到达CPU进行运算，运算过后的结果到输出缓冲区，要输出的时候即可输出。

• 3.这就提高了I/O的速度，因为是从缓冲区调入内存；也减少了CPU的空闲时间，因为不用等着输入输出完成，但是这种方式的资源利用率还是不高

• 4.注意：所谓脱机或是联机，针对的是是否在CPU的控制之下。由于程序和数据的输入和输出都是在外围机的控制下完成的，它们是在脱离主机的情况下进行的，所以是脱机工作

（二）有OS时期

• 三大类：批处理操作系统、分时操作系统、实时操作系统。每一个都是前一个在提高资源利用率和解决用户需求的基础上产生的
• 注意：所学的操作系统：单核、多任务、CPU与外设并行

批处理操作系统

• 1.目标：提高资源利用率和吞吐量

• 2.单道批处理：

  • 原理：一批作业一个接一个执行，当上一个执行完后才把下一个作业调入内存

    I1——>C1——>O1——>I2——>C2——>O2

    （I是输入，C是CPU计算执行，O是输出）

  • 单道批处理的主要缺点是资源不能充分利用，每次处理一个作业内存中只有一个程序，CPU等待时间很长，但是比脱机I/O已经提高了不少

• 3.多道批处理：

  • 原理：用户的作业先放在外存上，排成一个队列，后由调度算法，从队列中选若干个作业调入内存，使它们共享CPU和系统中的各种资源

  • 图解：

• 理解：

  可以近似理解为当第一道作业在CPU中执行时，第二道作业在输入

  第一道作业输出时，第二道作业在CPU中执行，第三道作业正在输入

  （注意：这只是便于理解所画的模型，时间不是一定正对准的）

• 特点：

  • （优）资源利用率高、吞吐量大
  • （缺）平均周转时间长
  • （缺）没有交互能力，意思是当作业调入内存后用户就不能再干预，如果发现错误只能等整个作业都完成后才能修改。这也是推动分时操作系统发展的一个动力
    • 这个不能干预的原因是作业首先驻留在外村，即使被调到内存，经过较长时间才能开始执行

• 尽管批处理系统已经提高资源利用率，但是单道批利用率不高，多道批会出现资源争夺的现象，为了更好的使用计算机产生了分时操作系统

分时系统

• 1.目标：提高系统资源利用率和解决用户需求（人工干预）
• 2.原理：
  • 一台主机（服务器）连接多个终端计算机，每个用户各自把作业送入主机，主机分别回应
  • 计算机能分时轮流地为各终端用户服务，并能及时地对用户服务请求予以响应
• 3.几点理解：
  • 解决人工不可干预问题：分时轮流机制可以使在单个时间片内独占主机，直接控制
  • 共享主机：在一台主机上连接了多个配有显示器和键盘的终端并由此所组成的系统，允许多个用户同时通过自己的终端，以交互方式使用计算机，共享主机中的资源。
• 4.关键问题：
  • 及时接收：
  • 及时处理（可人工干预）：
    • 人机交互的关键是用户在提交作业后能修改和控制，如果要达到这样的效果必须要把作业都驻留在内存中，而且要频繁的获得处理机运行。所以要实现人机交互采用以下方式：
      • 作业直接存入内存
      • 采用轮转运行方式：分成时间片，每个作业每次只能运行一个时间片，运行后立即暂停等待下一个时间片
• 5.分时系统的特征：
  • 及时性：快速响应（但不是立即的）
  • 交互性：可以实现人机交互
  • 独立性：每个终端互不影响，在单个时间片内占用CPU
  • 多路性：多个终端

实时系统

• 1.目标：快速响应，尖端国防科技使用
• 2.分类：
  • 实时控制系统：导弹、国防
  • 实时信息系统：车票、情报
• 3.特征：
  • 快速响应
  • 有限交互能力
  • 高可靠性

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四.操作系统的基本特征和功能

（一）基本特征

• 并发
  • 并发（轮流使用）：指两个或多个事件在同一时间间隔内发生
  • 并行（自己跑自己的）： 指两个或多个事件在同一时刻发生
• 共享
  • 有竞争的：对内存和CPU的竞争
  • 无竞争的：磁盘
• 虚拟
  • 2个G内存跑10个G程序
  • 先把必要的部分都调入内存，然后慢慢调入后续有用的，调出暂时无用的。整体是一个换入换出的过程
• 异步
  • 所有作业都是走走停停的处理完成的
  • 以不可预知的速度向前推进

（二）操作系统的主要功能

回顾操作系统的定义：

OS是直接控制和管理计算机硬件、软件资源，合理地对各类作业进行调度，以方便用户使用的程序集合

功能也是对应定义的

• 处理机管理功能（2、3章）
  • 合理地对各类作业进行调度
• 存储器管理功能（4、5、8章）
  • 合理地对各类作业进行调度
• 设备管理功能（6章）
  • 直接控制和管理计算机硬件资源
• 文件管理功能 （7章）
  • 直接控制和管理计算机软件资源
• 用户接口（9章）
  • 方便用户使用

主要任务：

为多道程序的运行提供良好的运行环境，以保证多道程序能有条不紊、高效地运行，并能最大程度地提高系统中各种资源的利用率和方便用户的使用

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未完待续