第一章 绪论

目录

1.1操作系统概念

1.2 批处理系统

1.3  分时系统

1.4 实时系统

1.5 操作系统的功能及特征

1.6 操作系统的结构

1.7 处理机的执行状态

---

1.1操作系统概念

什么是操作系统？（Operator System)

计算机配置了一种用以控制计算机各个组成部分、合理组织安排各项任务的软件系统称为操作系统

操作系统是控制和管理计算机系统硬件和软件资源、合理的组织计算机工作流程，以方便用户的使用的程序的集合。

计算机组成

计算机由软件和硬件组成。

计算机硬件是构成能正常工作的计算机所需要的各种硬件设备。

计算机软件是由计算机硬件执行，以完成特定任务的程序和文档。

1.2 批处理系统

批处理系统主要利用批处理技术，对系统中的一批作业自动进行处理，分为单道批处理和多道批处理。

单道批处理系统： 特点：

• 自动性：磁带（盘）上的一批作业能自动逐个进行。

• 顺序性：作业顺序装入内存，先装入的先完成

• 单道性：始终保持内存中只有一道作业

多道批处理系统

（1）是什么？

同时将多个程序装入内存，允许它们交替运行，共享系统中的各种软硬件资源。

（2）特点

• 多道性：内存中可以同时存放多道相互独立的程序，它们可以 并发 执行

• 无序性：多道作业的完成顺序不固定，先装入的不一定先完成

• 调度性：作业提交至完成，需要经过作业调度和进程调度两个过程

（3）优点

1.资源利用率高（CPU和I/O设备都处于工作状态，不空闲）

2.系统吞吐量大

（4）缺点

1.无交互能力：作业提交直至完成，用户都不能和作业交互

2.平均周转时间长

1.3  分时系统

1.是什么？

分时系统是指一台主机连接了多个配有显示器和键盘的终端，由此组成了完整的系统，同时允许多个用户通过自己的终端，以交互方式使用计算机，共享主机中的资源。

2特点

• 多路性：系统按分时原则为每个用户服务，微观上每个用户轮流使用计算机，宏观上每个用户并行工作，共享系统资源

• 独立性：每个用户独占一个终端，互不干扰

• 及时性：系统及时响应用户请求

• 交互性：用户可通过终端与系统交互，并根据响应结果，提出新的请求

1.4 实时系统

1.是什么？

是指能够及时响应随机发生的外部事件，在严格的时间范围内，完成对事件的处理，并控制所有实时任务协调一致的运行。

2.分类

（1）实时控制系统：

（2）实时信息处理系统

3.特点

• 及时性

• 交互性（比分时系统弱）

• 独立性

• 高可靠性

1.2.6 通用操作系统

是什么？

同时兼有多道批处理、分时、1实时处理的功能，或其中两种以上的功能。

1.2.7 网络操作系统

是什么？

具有网络通信和网络服务功能的操作系统

工作模式有哪些？

C/S 客户机/服务器 和 对等模式P2P

1.2.8 分布式操作系统

1.是什么？

通过通信网络方式，将多台分散的计算机通过互联网连接而成的系统，以实现信息交换和资源共享，协作完成指派的任务

2.特点

。。。。

1.2.9. 嵌入式系统

用于嵌入式计算机环境的操作系统

如：Linux\Android\iOS\WinCE\PalmOS\VxWorks

1.5 操作系统的功能及特征

1.功能

(1)最基本的功能: 控制和管理系统的各种软硬件资源

(2) 主要功能：处理机管理（CPU)、存储器管理、设备管理、文件管理

2.特征

（1）并发性：两个及两个以上事件在同一时间间隔内发生。

（2）共享性：计算机系统中的资源可被多个并发执行的进程使用，而不是被某个进程独占使用。

• 同时共享：资源在同一时间段内允许多个进程同时访问

• 互斥共享：在同一时间段内只允许一个进程访问

（3）虚拟性

（4）异步性：进程走走停停

前两个是最基本的特征

1.4 操作系统的运行环境

1.6 操作系统的结构

1.模块化结构

(1)优点

• 系统功能被分成不同的模块，每个模块编码由不同的人员实现，可在短周期内完成设计实现

（2）缺点

• 各个模块之间的调用关系较复杂，导致系统逻辑结构不够清晰，使得设计的操作系统难以分析、维护和移植。

2.层次化结构

上层只能使用下层提供的功能和服务，层与层之间不能跨层调用访问。

（1）优点

• 安全和验证更容易，逻辑清晰，便于设计、实现、更新、维护和移植。

（2）缺点

3.虚拟机结构

4.客户机/服务器结构（C/S)

5.微内核结构

(1). 是什么：在操作系统内核中只留下一些最基本的功能

（2）优点

• 提高了系统的灵活性和可扩充性，增加系统的可靠性，比较适用于分布式系统

（3）缺点

• 加重了进程间通信的开销

1.7 处理机的执行状态

1. CPU的执行状态分为系统态（管态、内核态、核心态、特权态）和用户态（目态）

   （1）系统态：表示CPU当前正在执行操作系统的系统程序

   （2）用户态：表示CPU当前正在执行用户程序

2. CPU指令

   (1). 分为特权指令和非特权指令

• 特权指令：有特殊权限的指令，CPU只在系统态下可以访问特权指令

• 非特权指令：指只有普通权限的指令，只在用户态下运行。

1.4.3 中断及其处理

1.中断

中断是多道程序得以实现的基础，也是设备管理的基础

2.中断类型

（1）程序中断和硬件中断

• 程序中断：程序执行的过程中出现的错误故障（访问不存在的资源等）

• 硬件中断：硬件设备引发的中断请求

（2）硬件中断又包括外部中断 （可屏蔽) 和内部中断（不可屏蔽）

3.中断处理

（1）保护被中断进程的现场

（2）处理中断或执行中断服务程序

（3）恢复现场

4.中断机制的作用

• 操作系统可看做是一个以事件为驱动的中断机制，其中用户的每个操作均可看做是一次中断

中断好处

（1）中断可以实时处理许多紧急事件

（2）可以实现CPU与外设的并行 工作，从而提高CPU的效率和吞吐量

（3）可以实现多道程序之间的切换

（4）使得操作系统作为系统服务的支撑平台

1.5 操作系统用户接口

1.5.1 命令接口

1.是什么？ 用户可以借助命令接口，通过输入设备向系统发出字符命令，及时与自己的作业交互，控制作业的运行

2.命令接口又可分为联机命令接口和脱机命令接口

• 联机命令接口：输入一条命令，执行一条

• 脱机命令接口：一组作业，逐条解释执行

1.5.2 程序接口

1.是什么？由一组系统调用命令组成，用户通过在程序中使用这些系统调用命令，请求操作系统提供服务。程序接口一般由系统调用来实现。

1. 系统调用： 是操作系统为了扩充机器功能、增强系统能力而提供给用户使用的具有一定功能的程序段。