1.1 操作系统的目标和作用

思维导图： 

 

第一章：操作系统引论

1. 操作系统概述

• 定义: 操作系统（OS）是计算机硬件上的第一层软件，对硬件系统进行扩充。
• 作用:
  • 管理设备，提高利用率和系统吞吐量。
  • 为用户和应用程序提供简单的接口，便于使用。
• 重要性: 是计算机系统中基本且重要的系统软件，其他系统软件和应用软件都依赖于OS。

1.1 操作系统的目标和作用

• 目标与应用环境关系:
  • 查询系统：强调用户交互性。
  • 工业控制、武器控制和多媒体环境：强调实时性。
  • 微机系统：强调使用方便性。

1.1.1 操作系统的主要目标

1. 方便性:

   • 未配置OS的计算机系统难以使用。
   • OS使得使用高级语言编写程序成为可能，简化了用户操作。

2. 有效性:

   • 提高系统资源的利用率。
   • 增加系统的吞吐量。

3. 可扩充性:

   • 应对不断变化的技术和需求。
   • 保证OS能够适应新的需求和技术。

4. 开放性:

   • 适应不同的硬件和软件标准。
   • 保证OS的广泛应用和兼容性。

 

 

1.12 操作系统的作用

1. 操作系统作为用户与计算机系统的接口

• 使用方式:
  • 命令方式: 通过文本命令与操作系统交互。
  • 系统调用方式: 应用程序通过系统调用与操作系统交互。
  • 图标和窗口方式: 通过图形界面与操作系统交互。

2. 操作系统作为计算机系统资源的管理者

• 资源类型:
  • 处理机: 分配和控制处理机。
  • 存储器: 内存的分配与回收。
  • I/O设备: 分配和操作I/O设备。
  • 文件: 对文件的存取、共享和保护。
• 多用户资源共享: 管理多用户对共享资源的使用，避免冲突。

3. 操作系统实现对计算机资源的抽象

• 裸机与虚拟机器:
  • 裸机: 无软件支持的纯硬件系统。
  • 虚机器: 覆盖软件后的系统，提供硬件操作的抽象模型。
• 抽象层次:
  • I/O软件: 第一层抽象，隐藏I/O操作细节。
  • 文件管理软件: 第二层抽象，简化文件操作。
  • 用户界面软件: 进一步抽象，提供易用的用户界面。
• 功能:
  • 操作系统通过多层软件集合增强系统功能，隐藏硬件操作细节。
  • 提供多层次的抽象模型，便于用户使用。

1.1.3 推动操作系统发展的主要动力

1. 提高计算机资源利用率

   • 初期OS的主要动力是提高昂贵的计算机资源利用率。
   • 发展了多道批处理系统、SPOOLing系统，提高I/O设备和CPU利用率。
   • 引入虚拟存储器技术，改善存储器系统利用率。
   • 网络环境下，通过网络文件系统和数据库系统，实现资源共享。

2. 方便用户

   • 解决资源利用效率后，用户方便性成为关注焦点。
   • 分时系统的出现提高了人机交互性，方便程序调试。
   • 90年代图形用户界面的推出，进一步简化了计算机使用。

3. 计算机硬件的不断更新换代

   • IT技术和微机芯片的快速发展，推动了OS功能和性能的增强。
   • 从8位到64位微机芯片的发展，带动了OS的相应发展。
   • 外部设备的多样化也推动了OS支持更多类型设备。

4. 计算机体系结构的发展

   • 从单处理机到多处理机系统，促成了相应OS的变化。
   • 计算机网络的出现催生了网络操作系统，提供网络服务和管理共享资源。

5. 新的应用需求不断提出

   • 实时OS应用于工业控制，满足实时控制需求。
   • 多媒体功能的增加，满足音乐、电影、游戏等需求。
   • 安全性需求的提升，尤其在信息保存方面。
   • 嵌入式操作系统的发展，适应智能设备的普及。

 

 

总结

1. 操作系统作为用户与计算机系统的接口

   • 重点：操作系统提供多种交互方式，包括命令行、系统调用和图形界面。
   • 难点：理解各种交互方式的具体功能和应用场景。

2. 操作系统作为计算机系统资源的管理者

   • 重点：操作系统管理包括处理机、存储器、I/O设备和文件在内的计算机资源。
   • 难点：理解如何有效地管理这些资源，特别是在多用户环境下。

3. 操作系统实现对计算机资源的抽象

   • 重点：操作系统通过多层软件实现对硬件的抽象，提供用户友好的界面。
   • 难点：理解抽象层次，包括裸机、虚拟机器和各层软件所提供的抽象。

4. 推动操作系统发展的主要动力

   • 重点：操作系统的发展受计算机硬件发展、用户需求、技术革新等因素推动。
   • 难点：理解各种技术和需求是如何影响操作系统发展的。

易错点

1. 混淆不同交互方式的特点：

   • 容易将命令行、系统调用和图形界面的特点和用途混淆。

2. 资源管理的误解：

   • 可能误解操作系统资源管理的机制，特别是在多任务和多用户环境下的资源分配和调度。

3. 对抽象层次的理解不足：

   • 容易忽视操作系统在不同层次上的抽象，如物理接口与虚拟接口之间的区别。

4. 操作系统发展动力的简化理解：

   • 容易忽略某些技术发展对操作系统进步的具体影响，如网络技术和多处理器架构。