操作系统概要

操作系统的目标和作用：

有效性（提高系统的利用率和提高系统的吞吐量）方便性，可拓展性（方便硬件的更新）和开放性（不同的厂商生产的产品都可以运行）

操作系统的作用：1OS作为用户和计算机的接口（命令方式，系统调用方式，图形窗口方式）2OS作为计算机系统资源的管理者3OS实现了对计算机资源的抽象

操作系统的发展过程： 人工操作--》脱机输入输出方式--》单批道处理---》多批道处理---》分时系统---》实时系统

操作系统的基本特征：并发，共享，虚拟和异步

并发和并行：并行（两个或多个事件在同一个时刻发生），并发行（两个或多个事件在同一时间间隔内发生）

通常程序是静态的实体，在多道程序系统中是不能独立运行的，更不能多道程序并发执行。所以操作系统引入了进程。进程是能在系统中独立的运行并作为资源的分配的基本单位，室友一组机器指令，数据和堆栈组陈的，一个能独立运行的活动实体。由于在系统中因故不能运行线程的时候就要调度另一个线程开销太大，于是就引入了线程。通常是将线程作为资源的分配单位，吧线程作为独立运行和独立调度的基本单位。

共享性：系统的资源可以供内存中多个并发执行的进程（线程）共同使用。互斥共享方式（只能有一个进程对临界资源的访问，结束后释放资源）同时访问方式（进程可以交替的对资源进行访问，像访问的资源是磁盘）

虚拟技术：时分复用技术（虚拟处理机技术：并发的执行让用户逻辑上认为独用处理机；虚拟设备技术：多用户公用设备）和空分复用技术（虚拟磁盘和虚拟存储器技术）

虚拟技术就是让用户在逻辑的感知（时间和空间）上认为自己独占了资源，只是这些资源在实际当中是公用的。

异步性：进程以人们不可预料的速度向前推进。

操作系统的主要功能：处理机的管理，存储器的管理，设备管理和文件系统管理

处理机的管理（实现进程（线程）的创建和撤销，运行的调度和实现通信）

进程控制：创建--》分配资源---》撤销---》回收资源；还包括控制进程运行状态转换

进程同步：为了让各个进程能协调的的运行。进程互斥方式和进程同步方式（完成共同的任务有同步机构对顺序进行协调）

进程通信：在同一个计算机系统是通常采用直接通信（由源进程发送命令直接将消息Message挂在到目标进程的消息队列）

调度：作业调度（调入和调出内存）和进程调度（从就绪的队列中选择一个）

存储器的管理：内存分配，内存保护，地址映射和内存扩充

内存分配：给每道程序分配内存，提高存储器的利用率。分为静态和动态的。静态是作业装入的时候就确定的，整个运行过程不再重新的申请，不移动。动态分配是在装入是的作业装入的时候，可以重新申请，可以移动。

·内存的分配中要有这样的结构和功能：内存分配数据结构（记录内存的使用情况，为内存的分配提供依据），内存分配功能，内存回收功能。

内存保护：确保每道程序都只能在自己的空间里运行，不允许用户程序访问操作系统的程序和数据，不允许用户访问非共享的其他用户的程序（设置两个界限寄存器）

地址映射：一个程序编译后生成目标程序，目标程序经过连接后生成课装入程序。这些程序的地址都是才能够0开始的，程序的其他地址都是根据起始地址的相对地址计算的。在多道程序不可能都从0开始装入内存，这就要是逻辑地址和物理地址不一致。所以地址映射就是要逻辑地址和物理地址的映射。这个功能在硬件的帮助下完成

内存的扩充：借助虚拟技术从逻辑上扩容。请求调入功能（允许装入一部分程序的情况下就可以启动程序的运行）和置换功能（内存空间不够的时候，系统将不用的调出）。

设备管理：缓冲管理，设备分配和设备处理。

缓冲管理：解决cpu和I/0设备的速度矛盾，在内存中设置缓冲区（单缓冲，多缓冲和公共缓冲池）

设备分配：设备中包含设备控制表和控制器控制表来记录设备及控制器的标示符和状态。根据这些来判读设备是否可以和分配。

设备处理：设备驱动程序：实现cpu和设备控制器之间的通信（cpu--》I/0命令）

文件管理：对用户文件和系统文件进行管理方便用户使用，并保证文件的安全性。包括文件存储空间的管理，目录管理，文件的读写管理和文件的共享和保护功能。

文件存储空间的管理：系统设置相应的数据结构来记录文件的 存储空间使用情况，有分配和回收的功能。

目录管理：为每个文件建立目录项（文件名，属性，物理位置），并对众多的目录管理，方便按名存取，提高文件的检索速度。

文件的读写和保护：利用文件名检索物理位置--》利用文件的读指针和写指针对文件访问。防止未经核准的用户使用文件，防止冒名顶替使用文件，防止不正确的方式使用

操作系统与用户的接口：用户接口（取得操作系统的服务）和程序接口（程序员编程使用，用户程序取得操作系统服务的唯一途径）

用户接口：联机使用（cmd一个命令执行后回来，等待另一个命令），脱机使用（用于批处理），图形用户接口（图标法）

程序接口：调用函数库来实现调用服务。

操作系统结构：传统的无结构的，模块化的，分层的---》C/S结构----》OOP----》微内核OS

内核：能实现操作系统的核心功能部分。1实现和硬件紧密相关的处理2实现一些基本功能3负责C和S间的通信。

内核是基于C/S模式的，采用策略和机制的分离，采用了OOP技术

微内核的基本功能：进程（线程）的管理（进程的通信，切换，线程的调度，多处理机的同步），低级存储器的管理（实现逻辑地址和物理地址的页表机制和地址转化机制）和中断和陷入的管理

存在的问题：C/S的消息传递和多次的上下文切换降低了OS 的效率