计算机操作系统 (第四版汤小丹老师) 复习笔记第一章

た入场券 2022-12-26 15:20 178阅读 0赞

教材为西安电子科技大学 汤小丹老师 第四版

### 1.1操作系统目标和作用 ###

1、目标  
目前存在着多种类型的OS，不同类型的OS，其目标各有所侧重。通常在计算机硬件上配置的OS，其目标有以下几点：

*  方便性  
    便于理解计算机  
    通过接口方便地使用
 *  有效性  
    提高系统资源利用率  
    提高系统吞吐量
 *  可扩充性  
    OS应方便修改、增加新模块或功能，以适应计算机硬件、 体系结构以及应用发展的要求。
 *  开放性  
    OS应提供统一的开放环境，以实现应用的可移植性和互操作性  
    不同的设备能通过网络加以集成，并能正确、有效地协同工作

2、作用

*  提供用户与计算机硬件系统之间的接口  
    （1）命令方式：指由OS提供了一组联机命令 (语言)， 用户可通过键盘输入有关命令，来直接操纵计算机系统。  
    （2）系统调用方式：OS提供了一组系统调用，用户可在自己的应用程序中通过相应的系统调用，来操纵计算机。  
    （3）图标–窗口方式：用户通过屏幕上的窗口和图标来操纵计算机系统和运行自己的程序。  
    （4）其他方式
 *  计算机系统资源的管理者  
    在一个计算机系统中，硬件和软件资源归纳起来可分为四类：处理器、存储器、 I/O设备以及文件(数据和程序)。相应地，OS的主要功能也正是针对这四类资源进行有效的管理。
 *  实现了对计算机资源的抽象  
    一台完全无软件的计算机系统(即裸机)，即使其功能再强，也必定是难于使用的。通常把覆盖了软件的机器称为扩充机器或虚机器。

总结来说：  
**操作系统 是控制和管理计算机系统的硬件和软件资源，合理的组织计算机工作流程以及方便 用户使用的程序和数据的集合。**

3、主要发展动力

*  不断提高计算机资源利用率
 *  方便用户（如接口）
 *  器件的不断更新换代 （如CPU芯片的发展）
 *  计算机体系结构的不断发展（如多处理机、网络）
 *  不断提出新的应用需求 （如多媒体、嵌入）

### 1.2操作系统的发展过程 ###

###### 1.2.1未配置操作系统的计算机系统 ######

1.人工操作方式。这种人工操作方式有以下两方面的缺点：  
(1) 用户独占全机。  
(2) CPU等待人工操作。

2.脱机输入/输出(Off–Line I/O)方式  
这种脱机I/O方式的 主要优点如下：  
(1) 减少了CPU的空 闲时间。  
(2) 提高I/O速度。

###### 1.2.2批处理系统 ######

1.单道批处理系统  
单道批处理系统是最早出现的一种OS，严格地说，它只能算作是OS的前身，而并非是现在人们所理解的OS。尽管如此，该系统比起人工操作方式的系统已有很大进步。

批处理是指用户将一批作业提交给操作系统后就不再干预，由操作系统控制它们自动运行。  
单道批处理系统在内存中只保持一道作业的批处理系统。

特征:  
(1) 自动性  
(2) 顺序性  
(3) 单道性

缺点: 系统资源利用不充分。

###### 1.2.3 多道批处理系统 ######

多道程序设计：多个作业存放在主存中，使它们同时处于运行状态，这些作业共享处理机时间和外围设备等资源

好处:

*  提高CPU的利用率。
 *  可提高内存和I/O设备利用率。
 *  增加系统吞吐量。

需要解决的问题

*  处理机管理问题。
 *  内存管理问题。
 *  I/O设备管理问题。
 *  文件管理问题。
 *  作业管理问题。

###### 1.2.4 分时系统 ######

推动多道批处理系统形成和发展的主要动力，是提高资源利用率和系统吞吐量，那么，推动分时系统形成和发展的主要动力，则是用户的需求。或者说，分时系统是为了满足 用户需求所形成的一种新型OS。它与多道批处理系统之间，有着截然不同的性能差别。

在操作系统中加入了分时技术：即将处理机的运行时间分为时间片，将时间片轮流分配给各联机作业使用。

用户的需求表现：

*  人—机交互。
 *  共享主机。
 *  便于用户上机。

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 ######

所谓“实时”，是表示“及时”，而实时系统(RealTime System)是指系统能及时(或即时)响应外部事件的请求，在规定的时间内完成对该事件的处理，并控制所有实时任务协调一致地运行。

系统类型  
(1) 实时控制与处理：工业武器控制、嵌入式系统  
(2) 实时信息处理： 信息查询系统、多媒体系统

实时任务类型

按任务执行时是否呈现周期性来划分  
(1)周期性实时任务。  
(2)非周期性实时任务。

根据对截止时间的要求来划分  
(1) 硬实时任务(hard real-time task)  
(2) 软实时任务(Soft real-time task)

特征：

*  多路性
 *  独立性
 *  及时性
 *  交互性
 *  可靠性

### 1.3 操作系统的基本特性 ###

###### 1.3.1并发 ######

区别并行和并发  
并行是指这一个时刻上面有着多个事件在执行，是一个瞬间的状态。  
并发是指在某一段时间间隔以内有着多个事件同时进行。  
在多道程序环境下，并发性是指在一段时间内，宏观上有多个程序在同时运行，但在单处理机系统中，每一时刻却仅能有一道程序执行，故微观上这些程序只能是分时地交替执行。

引入进程  
程序为静态的，进程为程序的执行  
引入线程  
进程的更小的可执行单位，一个进程可以包含若干个线程

###### 1.3.2共享 ######

在操作系统环境下，所谓共享是指系统中的资源可供内存中多个并发执行的进程(线程)共同使用。由于资源属性的不同，进程对资源共享的方式也不同，目前主要有以下两种资源共享方式：

**互斥共享方式**  
系统中的某些资源，如打印机、磁带机，虽然它们可以提供给多个进程(线程)使用，但为使所打印或记录的结果不致造成混淆，应规定在一段时间内只允许一个进程(线程)访问该资源，我们把这种资源共享方式称为互斥式共享。  
临界资源或独占资源：一段时间内只允许一个进程访问的资源。计算机系统中的大多数物理设备，以及某些软件中所用的栈、变量和表格，都属于临界资源，它们要求被互斥地共享。

**同时访问方式**  
允许在一段时间内由多个进程 “同时”对它们进行访问。这里所谓的“同时”往往是宏观上的，而在微观上，这些进程可能是交替地对该资源进行访问。  
并发和共享是多用户(多任务)OS的两个最基本的特征。它们又是互为存在的条件。

###### 1.3.1虚拟 ######

操作系统中的所谓“虚拟”，是指通过某种技术把一个物理实体变为若干个逻辑上的对应物。物理实体(前者)是实的， 即实际存在的；而后者是虚的，是用户感觉上的东西。相应地，用于实现虚拟的技术，称为虚拟技术。在OS中利用了多种虚拟技术，分别用来实现虚拟处理机、虚拟内存、 虚拟外部设备和虚拟信道等。

**时分复用技术（即分时使用方式）**  
⑴虚拟处理机技术：在虚拟处理机技术中，是通过多道程序设计技术，让多道程序并发执行的方法，来分时使用一台处理机的。  
⑵虚拟设备技术：将一台物理I/O设备虚拟为多台逻辑上的I/O设备，并允许每 个用户占用一台逻辑上的I/O设备，这样便可使原来仅允许在 一段时间内由一个用户访问的设备(即临界资源)，变为在一 段时间内允许多个用户同时访问的共享设备。  
在操作系统中，虚拟的实现主要是通过分时使用的方法。显然，如果 n nn 是某物理设备所对应的虚拟的逻辑设备数，则虚拟设备的平均速度必然是物理设备速度的1 / n 1/n1/n。

**空分复用技术**  
⑴虚拟磁盘技术：将硬盘划分为若干个卷，机器上便会有若 干个虚拟盘。  
⑵虚拟存储器技术：将一台机器的物理存储器变为虚拟存储 器，以便从逻辑上来扩充存储器的容量。

###### 1.3.4异步 ######

由于资源等因素的限制，使进程的执行通常都不是“一气呵成”， 而是以“停停走走”的方式运行。  
内存中的每个进程在何时能获得处理机运行，何时又因提出某种资源请求而暂停，以及进程以怎样的速度向前推进，每道程序总共需多少时间才能完成，等等，都是不可预知的。由于各用户程序性能的不同，比如，有的侧重于计算而较少需要 I/O；而又有的程序其计算少而I/O多，这样，很可能是先进入内存的作业后完成；而后进入内存的作业先完成。或者说，进程是以人们不可预知的速度向前推进，此即进程的异步性。尽管如此，但只要运行环境相同，作业经多次运行，都会获得完全相同的结果。因此，异步运行方式是允许的，是操作系统的一个重要特征。

### 1.4 操作系统的主要功能 ###

###### 1.4.1处理机管理功能 ######

进程控制
    进程同步
    进程通信
    调度

###### 1.4.2存储器管理功能 ######

内存分配
    静态分配
    动态分配
    内存保护
    地址映射
    内存扩充

###### 1.4.3设备管理功能 ######

缓冲管理
    设备分配
    设备处理

###### 1.4.4文件管理功能 ######

文件存储空间的管理
    目录管理
    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 ######

用户接口
    程序接口

###### 1.4.6现代操作系统的新功能 ######

系统安全
    网络的功能和服务
    支持多媒体

*  [计算机操作系统 (第四版汤小丹老师) 复习笔记第一章][Link 1]
 *  [计算机操作系统 (第四版汤小丹老师) 复习笔记第二章][Link 2]
 *  [计算机操作系统 (第四版汤小丹老师) 复习笔记第三章][Link 3]
 *  [计算机操作系统 (第四版汤小丹老师) 复习笔记第四章][Link 4]
 *  [计算机操作系统 (第四版汤小丹老师) 复习笔记第五章][Link 5]
 *  [计算机操作系统 (第四版汤小丹老师) 复习笔记第六章][Link 6]  
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[Link 5]: https://blog.csdn.net/qq_43477721/article/details/111675315
[Link 6]: https://blog.csdn.net/qq_43477721/article/details/112387391
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