操作系统引论

本文介绍了操作系统,它是管理软硬件资源的程序,目标包括方便性、有效性等。其发展历经单道批处理、多道批处理、分时、实时系统。基本特性有并发、共享、虚拟、异步。主要功能涵盖处理机、内存、设备、文件管理及用户接口。

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操作系统概述

  1. 操作系统的定义:

    • OS是管理计算机硬件与软件资源的计算机程序,同时也是计算机系统的内核与基石。
    • OS是配置在计算机硬件上的第一层软件,是对硬件系统的首次扩充
  2. 操作系统的目标:

    • 方便性
    • 有效性
    • 可扩充性
    • 开放性;
  3. 操作系统的作用:

    • OS作为用户与计算机硬件系统之间的接口
    • OS作为计算机系统资源的管理者
    • OS实现了对计算机资源的抽象

操作系统的发展过程

  1. 单道批处理系统

    • 概念: 虽然系统对作业的处理是成批进行的,但在内存中始终只保持一道作业,故称为单道批处理系统。

    • 缺点:系统中的资源得不到充分的利用。这是因为在内存中仅有一道程序,每逢该程序发出I/O请求后,CPU便处于等待状态。

  2. 多道批处理系统

    • 概念:在该系统中,用户提交的作业先存放在外存上,并排成一个队列,称为“后备队列”。然后由作业调度程序按一定的算法,从后备队列中选择若干作业调入内存,使它们共享CPU和系统中的各种资源。

    • 引入原因:提高资源利用率和系统吞吐量

    • 优点:

      • 资源利用率高:CPU和内存利用率较高

      • 作业吞吐量大:单位时间内完成的工作总量大

    • 缺点

      • 平均周转时间长:短作业的周转时间显著增长
      • 无交互能力: 修改与调试程序极不方便

单道批处理系统与多道批处理系统的特点比较

  1. 分时系统

    • 概念:分时是指多个用户分享使用同一台计算机,分时共享硬件和软件资源。
    • 引入原因:为了满足人——机交互的需求
      • 人机交互性好:在调试和运行程序时由用户自己操作
      • 共享主机:多个用户同时使用
      • 用户独立性:对每个用户而言好像独占主机
  • 特征:
    - 多路性
    - 独立性
    - 及时性
    - 交互性
  1. 实时系统
    • 用于工业过程控制、军事实时控制、金融等领域
    • 要求:响应时间短,在一定的范围之内;系统可靠性高


操作系统的基本特性

  1. 并发

    • 并行与并发
      1. 并行性:指两个或多个事件在同一时刻发生。
      2. 并发性:指两个或多个事件在同一时间间隔内发生。
  2. 共享

    1. 互斥共享方式
    2. 同时访问方式
  3. 虚拟

  4. 异步


操作系统的主要功能

  1. 处理机管理:

    • 进程控制
    • 进程同步
    • 进程通信
    • 进程调度
  2. 内存管理:

    • 内存分配
    • 内存保护
    • 地址映射
    • 内存扩容
  3. 设备管理:

    • 设备分配
    • 缓冲管理
    • 设备驱动
  4. 文件管理:

    • 文件存储空间的管理
    • 目录管理
    • 文件读写管理和保护
  5. 用户接口:

    • 命令接口(联机脱机)
    • 程序接口
    • 图形接口
1. 用户与权限管理模块 角色管理: 学生:查看实验室信息、预约设备、提交耗材申请、参与安全考核 教师:管理课题组预约、审批学生耗材申请、查看本课题组使用记录 管理员:设备全生命周期管理、审核预约、耗材采购与分发、安全检查 用户操作: 登录认证:统一身份认证(对接学号 / 工号系统,模拟实现),支持密码重置 信息管理:学生 / 教师维护个人信息(联系方式、所属院系),管理员管理所有用户 权限控制:不同角色仅可见对应功能(如学生不可删除设备信息) 2. 实验室与设备管理模块 实验室信息管理: 基础信息:实验室编号、名称、位置、容纳人数、开放时间、负责人 功能分类:按学科(计算机实验室 / 电子实验室 / 化学实验室)标记,关联可开展实验类型 状态展示:实时显示当前使用人数、设备运行状态(正常 / 故障) 设备管理: 设备档案:名称、型号、规格、购置日期、单价、生产厂家、存放位置、责任人 全生命周期管理: 入库登记:管理员录入新设备信息,生成唯一资产编号 维护记录:记录维修、校准、保养信息(时间、内容、执行人) 报废处理:登记报废原因、时间,更新设备状态为 "已报废" 设备查询:支持按名称、型号、状态多条件检索,显示设备当前可用情况 3. 预约与使用模块 预约管理: 预约规则:学生可预约未来 7 天内的设备 / 实验室,单次最长 4 小时(可设置) 预约流程:选择实验室→选择设备→选择时间段→提交申请(需填写实验目的) 审核机制:普通实验自动通过,高危实验(如化学实验)需教师审核 使用记录: 签到 / 签退:到达实验室后扫码签到,离开时签退,系统自动记录实际使用时长 使用登记:填写实验内容、设备运行情况(正常 / 异常),异常情况需详细描述 违规管理:迟到 15 分钟自动取消预约,多次违规限制预约权限 4. 耗材与安全管理模块 耗材管理: 耗材档案:名称、规格、数量、存放位置、
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