操作系统 2023年2月更新

1.1 操作系统的概念

• 包括硬件系统和软件系统
• 操作系统特征
  • 并发性：指的是计算机系统同时存在若干个运行的程序。例如两个程序交替在CPU上运行（单处理器）。
  • 共享性
  • 随机性
• 研究操作系统的观点
  • 从软件观点看它是个大型软件系统
  • 从资源管理的观点看负责管理资源
  • 从进程观点看它由多个程序组成
  • 从虚拟机观点看，它统称为操作系统虚拟机
  • 从服务提供者观点看，它是服务提供者
• 操作系统的功能（四个管理）
  • 进程管理：进程控制、同步、进程间通信、调度
  • 存储管理：内存分配与回收、存储保护、内存扩充
  • 文件管理：存储空间管理、目录管理、文件系统安全性
  • 设备管理和用户接口：1 为用户程序提供系统调用接口；2 负责外部设备的分配，启动和故障处理； 3 管理通道、网卡等数据结构；4 提供中断技术、通道技术、虚拟设备技术和缓冲技术。 

1.2 操作系统发展

手工操作-监控程序-多道批处理-分时系统-UNIX通用操作系统-个人计算机操作系统-Android操作系统

1.3 操作系统分类（重点）

1.3.1 批处理系统 Batch processing operating system

组成一批用户作业再处理。

不能干预。

优点是作业流程自动化高、资源利用率高、作业吞吐量大。

缺点是用户不能直接与计算机交互，不适合调试程序。

运行成本也不低。

1.3.2 分时系统 time-sharing

分时操作系统将CPU的时间划分若干个小片段，称为时间片。

具有多路性（多个用户同时使用）、交互性（方便调试程序）、独占性（感受不到他人的使用）和及时性（能够及时响应）的特点。

资源利用率不高。

分时操作系统追求的目标是及时响应用户输入的交互命令。

1.3.3 实时操作系统 real-time

计算机能够在规定的时间内及时响应外部事件的请求。

它的特点是在严格的时间范围内，实时响应用户的请求、过载防护和高可靠性。

1.3.4 嵌入式操作系统

高可靠性、实时性、占有资源少、智能化能源管理、易于连接、低成本等优点。

1.3.5 个人计算机操作系统

有图形界面。

1.3.6 网络操作系统

网络操作系统把计算机网络中的各个计算机有机地连接起来。

1.3.7 分布式操作系统

将大量的计算机通过网络联结在一起，这一种系统称为分布式系统。

主要特点：1 是一个统一的操作系统（具有统一性）、2 资源深度共享、3 透明性和4 自治性 主机都处理平等地位没有主从关系 5 可靠性。

1.3.8 智能卡操作系统

1.4 操作系统结构

• 整体式结构：缺点有 1 模块间转接随便，独立性差；2 数据基本上作为全程量处理 任一程序均可对其进程存取和修改 3 系统结构的可适应性比较差。
• 层次结构
• 微内核结构：可靠、灵活、适宜于分布式处理的计算环境。适用于客户机/服务器结构。

1.5 其他知识点

注意BSD也是一个操作系统，BSD (Berkeley Software Distribution，伯克利软件套件)是Unix的衍生系统，在1977至1995年间由加州大学伯克利分校开发和发布的。

 中断：用户程序在用户态下使用特权指令引起中断称为访管中断。

管态与目态：操作系统处于管态可以具有较高的特权级别，能够执行全部指令。核心态是操作系统内核所运行的模式，关中断指令、屏幕中断等为内核态指令。核心态和用户态都指的是CPU在运行时所处的状态。处理器在用户态转换为系统态使用访管中断，系统态转到用户态使用修改程序状态字。

互斥共享： 中央处理器、存储器和打印机。

研究操作系统的观点：软件的观点、资源管理的观点、虚拟机观点和服务提供者观点。

当用户程序需要调用操作系统所提供的文件读写功能时，该功能受限执行的指令是访管指令。

操作系统的接口：

命令接口、程序接口、图形界面接口。fork()创建进程采用了系统调用命令接口。write()是打印输入的命令。