第一章 操作系统引论

第一章 操作系统引论

1.1 操作系统的目标和目标

1.1.1 操作系统的目标：

在计算机系统上配置操作系统，其主要目标是：

• 1）有效性：提高系统资源利用率；提高系统的吞吐量。

• 2）方便性：使计算机变得易学易用

• 3）可扩充性：

• 4）开放性：指操作系统能遵循世界标准规范

1.1.2 操作系统的作用：

1）OS 作为用户与计算机硬件系统之间的接口：OS 处于用户与计算机硬件系统之间，用户通过 OS 来使用计算机系统。

①命令方式
②系统调用方式
③图形、窗口方式

2）OS 作为计算机系统资源的管理者系统资源分为四类：处理器、存储器、I/O设备、信息（数据和程序）。

3）OS 实现了对计算机资源的抽象。

OS 是铺设在计算机硬件上的多层系统软件，它们不仅增强了系统的功能，而且还隐藏了对硬件操作的细节，由它们实现了对计算机硬件操作的多个层次的抽象。

1.1.3 推动操作系统发展的主要动力

1、不断提高计算机资源的利用率
2、方便用户
3、器件的不断更新换代
4、计算机体系结构的不断发展
5、不断提出新的应用要求

1.2 操作系统的发展过程

1.2.1 无操作系统的计算机系统
1、人工操作方式
缺点：1）用户独占全机。2）CPU 等待人工操作。
2、脱机输入/输出方式

优点：
1）减少了 CPU 的空闲时间。
2）提高了 I/O 速度。

1.2.2 单批道处理系统
1.流程如下：

2、单道批处理系统的特征：
1）自动性
2）顺序性
3）单道性

1.2.3 多道批处理系统

1、多道批处理系统的优点：
1）提高 CPU 的利用率。
2）可提高内存和 I/O 设备利用率。
3）增加系统吞吐量。

2、多道批处理系统的优缺点：
1）资源利用率高。
2）系统吞吐量大。
3）平均周转时间长。
4）无交互能力。

3、多道批处理系统需要解决的问题。
1）处理机管理问题
2）内存管理问题
3）I/O 设备管理问题
4）文件管理问题
5）作业管理问题

1.2.4 分时系统
1.分时系统的产生

1）便于人-机交互。
2）可以共享主机。
3）便于用户上机。

2、分时系统实现中的关键问题

1）及时接收。
2）及时处理。

3、分时系统的特征

1）多路性。
2）独立性。
3）及时性。
4）交互性。

1.2.5 实时系统实时系统

1、实时系统与分时系统特征的比较
1）多路性。
2）独立性。
3）及时性。
4）交互性 。
5）可靠性。

1.2.6 微机操作系统的发展

1、单用户单任务操作系统
2、单用户多任务操作系统
3、多用户多任务操作系统

1.3 操作系统的基本特性

并发、共享、虚拟、异步。其中
其中并发特征是操作系统最重要的特征，其他三个特征都是以并发特征为前提的。

1.4 操作系统的主要功能

1.4.1 处理机管理功能
处理机管理的主要功能是创建和撤销进程，对诸进程的运行进行协调，实现进程之间的信息交换，以及按照一定的算法把处理及分配给进程。
1、进程控制
2、进程同步
3、进程通信
4、调度
1）作业调度
2）进程调度
1.4.2 存储器管理功能
1、内存分配
2、内存保护
3、地址映射
4、内存扩充
1.4.3 设备管理功能
完成用户进程提出的 I/O 请求；为用户进程分配所需的 I/O 设备；提高 I/O 设备和 CPU 的利用率；提高 I/O 速度；方便用户使用 I/O 设备。设备管理应具有：缓冲管理，设备分配，设备处理以及虚拟设备等功能。
1、缓冲管理：
2、设备分配：
3、设备处理：
4、虚拟设备：
1.4.4 文件管理功能
文件管理的主要任务是对用户文件和系统文件进行管理，以方便用户使用，并保证文件的安全性。为此，文件管理应具有对文件存储空间的管理、目录管理、文件的读/写管理，以及文件的共享与保护等功能。
1、文件存储空间的管理
2、目录管理
3、文件的读/写管理和保护
1.4.5 操作系统与用户之间的接口
1、用户接口
2、程序接口

1.5 OS 结构设计

1.5.1 传统的操作系统结构
1、无结构操作系统
2、模块化结构 OS
3、分层式结构 OS

1.5.3 面向对象的程序设计
1、面向对象技术的优点
1）通过“重用”提高产品质量和生产率
2）使系统具有更好的易修改性和易扩展性
3）更易于保证系统的“正确性”和“可靠性”
1.5.4 微内核 OS 结构
1、微内核操作系统的优点
1）提高了系统的可扩展性
2）增强了系统的可靠性
3）可移植性
4）提供了对分布式系统的支持
5）融入了面向对象技术