【操作系统】01.操作系统概论

电玩女神 2024-03-16 10:52 28阅读 0赞

## 操作系统的发展历史 ##

#### 未配置操作系统 ####

##### 手工操作阶段 #####

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用户独占全机，人机速度矛盾导致系统资源利用率低

##### 脱机输入输出方式 #####

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为了缓解主机cpu和IO设备之间速度不匹配的矛盾，出现了脱机IO技术

*  在外围机的控制下，通过输入设备，将数据输入到磁盘；当cpu需要时，直接从磁盘调入数据到内存
 *  反之，处理机输出数据的时候，先把数据输出到磁盘；然后在另一个外围机的控制下，通过输出设备，将数据输出

#### 批处理阶段 ####

##### 单道批处理 #####

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##### 多批道处理 #####

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#### 分时操作系统 ####

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#### 实时操作系统 ####

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#### 其他几种操作系统 ####

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*  windows是单用户多任务的
 *  linux是多用户多任务的

#### 总结 ####

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## 操作系统的目标 ##

*  方便性：方便用户的使用
 *  有效性：一是提高硬件资源，例如处理机和IO设备的利用率；二是提高系统的吞吐量，提高程序的运行速度
 *  可扩充性：操作系统的结构不断发展：无结构->模块化->层次化->内核，提高了系统的可扩充性
 *  开放性：遵循一定的规则

## 操作系统的功能 ##

*  处理机管理
    
     *  进程控制：创建进程，分配资源，状态转换，撤销进程
     *  进程同步：使多个进程有条不紊的进行；常用方式：进程互斥和进程同步（常用的是信号量机制）
     *  进程通信
     *  调度
        
         *  作业调度：选取作业调入内存，创建进程
         *  进程调度：从就绪队列选出进程，使其运行
 *  存储器管理
    
     *  内存分配
     *  内存保护：用户程序互不干扰，用户程序不能访问操作系统的程序和数据
     *  地址映射：逻辑地址转换成物理地址
     *  内存扩充：虚拟存储技术，从逻辑上扩充内存
 *  设备管理
    
     *  缓冲管理：在IO设备和cpu之间设置缓冲区，已解决速度不匹配的矛盾
     *  设备分配
     *  设备处理
 *  文件管理
    
     *  文件存储空间的管理
     *  目录管理
     *  文件的读写管理和保护
 *  向用户提供接口
    
     *  向用户提供接口
        
         *  命令：联机（用户交互）和脱机（通过文件读取）
         *  图形界面
     *  向应用程序提供接口
        
         *  程序接口时用户程序取得操作系统服务的唯一途径，它由一组系统调用组成（例如c语言中的库函数）
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## 操作系统的定义 ##

操作系统( Operating System,OS)  
是指控制和管理整个计算机系统的硬件和软件资源  
并合理地组织调度计算机的工作和资源的分配  
以提供给用户和其他软件方便的接口和环境  
它是计算机系统中最基本的软件系统

## 操作系统的特性 ##

*  并发性和共享性互为存在条件
 *  并发性和共享性是虚拟性和异步性的前提

#### 并发 ####

并发：指两个或多个事件在同一时间间隔内发生。这些事件宏观上是同时发生的，但微观上是交替发生的。  
常考易混概念

*  并行：指两个或多个事件在同一时刻同时发生。

操作系统的并发性指计算机系统中“同时”运行着多个程序，这些程序宏观上看是同时运行着的，而微观 上看是交替运行的。

操作系统就是伴随着“多道程序技术”而出现的。因此，操作系统和程序并发是一起诞生的。  
注意（重要考点）： 单核CPU同一时刻只能执行一个程序，各个程序只能并发地执行 多核CPU同一时刻可以同时执行多个程序，多个程序可以并行地执行 比如Intel 的第八代 i3 处理器就是 4 核CPU，意味着可以并行地执行4个程序

#### 共享 ####

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#### 虚拟 ####

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#### 异步 ####

异步是指，在多道程序环境下，允许多个程序并发执行，但由于资源有限，进程的执行不是一贯到底的， 而是走走停停，以不可预知的速度向前推进，这就是进程的异步性

> 虽然进程的推行速度是不可预知的，但是的因为有完善的进程同步机制，因此人们还是可以获得自己想要的结果

## 操作系统的结构 ##

操作系统的结构发展：无结构->模块化->层次化->内核

### 内核 ###

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#### 大内核 ####

目的：

*  对这些软件进行保护
 *  提高OS的效率

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大多数OS内核的功能

*  支撑功能
    
     *  中断处理
     *  时钟管理
     *  原语操作
 *  管理功能
    
     *  进程管理
     *  存储器管理
     *  设备管理

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#### 微内核 ####

微内核不是一个完整的OS，只有OS最核心的一些部分

基于客户/服务器模式  
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应用“机制与策略分离”，机制（某功能的具体执行机构）放在微内核中，策略（优化）放在外面

采用面向对象技术

> 尽管微内核具备更好的可靠性、安全性和灵活性，但是由于其性能上的劣势，目前市场份额仍然被大内核所占据。在实际应用中，大多数操作系统（如Windows和Linux）都采用了大内核架构，而微内核通常只出现在嵌入式系统和高可靠性的场景中。

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