第一章 操作系统概述

唤醒手腕期末操作系统复习笔记，看完保证不挂科，除非你觉得自己很菜。

1、操作系统是什么？

操作系统：operation system

计算机操作系统基本介绍

1. 完整的计算机系统是由`硬件系统`和`软件系统`两大部分组成
2. 按功能可把软件分为`系统软件`和`应用软件`两部分

计算机操作系统目标

（1）方便性：配置 OS 后计算机系统更容易使用
（2）有效性：改善资源利用率；提高系统的吞吐量
（3）可扩充性：OS 结构（如层次化的结构：无结构发展 > 模快化结构 > 层次化结构 > 微内核结构）
（4）开放性：OS 遵循世界标准范围

计算机操作系统作用

1. OS 作为用户与计算机硬件系统之间的接口（API / CUI / GUI）
2. OS 是计算机系统资源的管理者（处理机、存储器、I / O设备、资源文件）
3. OS 实现了对计算机资源的抽象（OS 是扩充机 / 虚拟机）

本章常考概念

1. 现代操作系统中最基本的两个特征：`并发和共享`
2. 操作系统是一种：`系统软件`
3. 操作系统给应用程序或编程人员提供的接口是：`系统调用`
4. 系统调用的目的是：`请求系统服务`
5. 计算机开机以后，操作系统最终被加载到：`RAM`

2、操作系统发展过程

发展过程：人工操作阶段、批处理阶段、分时操作系统、实时操作系统、网络操作系统和分布式计算机系统、个人计算机操作系统。

人工操作阶段

1. 人工操作方式：用户独占全机，资源空闲浪费
2. 脱机输入输出（Off-Line I/O）方式：减少了CPU的空闲时间，提高了I / O速度

单道批处理系统

解决问题：单道批处理系统是在解决人机矛盾和CPU与I / O设备速度不匹配矛盾的过程中形成的。
主要目的：批处理系统旨在提高系统资源的利用率和系统的吞吐量。（但单道批处理系统仍不能充分利用资源，故现在已很少用）

单道批处理：联机批处理 和 脱机批处理

 - 联机批处理：CPU 直接控制作业输入输出
 - 脱机批处理：由外围机控制作业输入输出

特点：单道性、独占性、自动性、封闭性、顺序性

缺点：系统的资源得不到充分的利用

多道批处理系统

目的：为了进一步提高资源利用率和系统吞吐量

PS：推动多道批处理系统形成和发展的动力是提高资源利用率和系统吞吐量。

多道批处理系统优点

1. 资源利用率高（资源指CPU、存储器、设备、数据）
2. 系统吞吐量大（系统吞吐量指系统在单位时间完成的总工作量（作业数量））

多道批处理系统缺点

1. 平均周转时间长（作业的周转时间是指从作业进入系统开始，直至其完成并退出系统为止所经历的时间）
2. 无交互能力

分时系统

分时系统是指：在一台主机上连接多个带有显示器和键盘的终端，同时允许多个用户通过自己的键盘，以交互的方式使用计算机，共享主机中的资源。分时系统采用了 时间片轮转 的处理机调度策略。

PS：推动分时系统形成和发展的主要动力是用户的需要：交互、共享主机、方便上机。

分时系统特征

1. 多路性：允许同一主机联接多台终端。
2. 独立性：每一用户独占一个终端，每个用户感觉不到其他用户的存在。
2. 及时性：用户请求能及时响应。
4. 交互性：可进行广泛的人机对话。

实时系统

实时系统（Real－Time System）系统能及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。

实时系统特点

1. 多路性：对实时处理系统，系统按分时原则为多个终端服务。对实时控制系统，系统经常对多路现场信息进行采集，和对多个对象或多个执行机构进行控制。
2. 独立性： 实时处理系统，每个终端用户向实时系统提出服务请求时，彼此独立。实时控制系统，对信息的采集和对对象的控制彼此不干扰。
3. 及时性：开始截止时间 / 完成截止时间。
4. 交互性：仅限于访问专用服务程序。
5. 可靠性：多级容错措施保障系统和数据安全。

3、操作系统的基本特性

基本特性：并发、共享、虚拟、异步

并发性

并发是指：在内存中放多道作业， 在一个时间段上来看，每一道作业都能不同程度地向前推进。但在任何一个时间点上只能有一道占用CPU。

串行：在内存中每次只能放一道作业，只有它完 全执行完后别的作业才能进入内存执行。
并行：存在于有多个 CPU 的环境中，在内存中放多道作业，在任一时间点上都可能有多道作业在不同的 CPU 上同时执行。

共享性

系统中的资源可供多个并发的进程共同使用。根据资源属性的不同，有两种资源共享方式：互斥共享方式（临界 / 独占资源）和 同时访问方式

PS：并发和共享是OS的两个最基本的特性，二者互为条件。

虚拟性

通过某种技术将一个物理实体映射为若干个逻辑上对应物（如CPU；一个屏幕可看成多个屏幕 - 窗口）。或将多个物理实体映射为一个逻辑实体（如虚拟存储是内存和外存的虚拟）。虚拟是操作系统管理系统资源的重要手段，可提高资源利用率。

1. CPU：多道程序设计技术 / 每个用户（进程）的虚拟处理机
2. 存储器：每个进程都占有的地址空间（指令＋数据＋堆栈）
3. I / O设备：打印机、多窗口或虚拟终端

异步性

不确定性：什么时候开始，执行多久时间，终止时间

4、操作系统主要功能

处理机管理功能：进程控制、进程同步、进程通信、调度（作业调度、进程调度）

存储器管理功能：内存分配、内存保护、存储扩充、地址映射

设备管理功能：缓冲管理、设备分配、设备处理

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

操作系统与用户之间的接口：命令接口、程序接口、图形接口

现代 OS 新功能

1. 系统安全：为保障数据的保密性、完整性和可用性，常使用的技术：认证技术、密码技术、访问控制技术、反病毒技术
2. 网络功能和服务：网络通信、资源管理、应用互操作