第1章操作系统引论
操作系统
①是配置在计算机硬件上的第⼀层软件，是对硬件系统的⾸次扩充，
②主要⽤于管理硬件设备，提⾼他们的利⽤率和系统吞吐量
③为⽤户和应⽤程序提供简单的接⼝，以便⽤户和应⽤程序使⽤硬件设备
④OS是计算机系统中最基础，最重要的系统软件
操作系统的⽬标
①⽅便性，如果计算机只有硬件系统，操作员只能通过机器指令进⾏编程，具体按钮进⾏操作，⼗分繁杂，有了操作系统就可以屏蔽部分机器指令，⽤户可以通过⾼级语⾔编码，经编译程序翻译为机器语⾔，执⾏指令或者直接使⽤OS提供的各种命令来操作计算机
②有效性，提⾼系统资源的利⽤率，提⾼系统的吞吐量，有效管理与控制软硬件资源
③可扩充性，适应计算机硬件，体系结构以及应⽤发展的要求；OS从早期的⽆结构发展为模块化结构，到分层式结构，再到近年来的微内核结构/外核；结构可⽅便添加新的功能和模块，以及对原有功能模块进⾏修改，具有良好的可扩充性，扩充软硬件不会对OS产⽣很⼤影响
④开放性，为解决计算机软硬件兼容问题；系统遵循国际标准，特别是遵循开放系统互连参考模型（open system interconnect, OSI）
其中⽅便性和有效性是OS最重要的两个⽬标
操作系统的作⽤
对计算机系统进⾏统⼀管理与调度，提供各种强有⼒的服务，⼈机交互，资源管理，资源抽象等
1.OS作为⽤户与计算机硬件系统之间的接⼝；向上提供服务，向下管理资源；
2.OS作为计算机系统资源的管理者
计算机中含有多种软件资源和硬件资源，这些资源⼤致分为4类：处理机，存储器，I/O设备，⽂件资源/信息（程序和数据）
操作系统的对应功能就是针对这四类资源的有效管理，处理机管理负责处理机的分配与控制；存储器管理负责内存的分配与控制；I/O设备管理负责I/O设备的分配（回收）与操纵；⽂件管理负责⽂件的存取，共享与保护等。
3.OS实现了对计算机资源的抽象
在裸机上铺设的I/O软件，隐藏了I/O设备的具体细节，向上提供了⼀组抽象的I/O设备
OS的⼯作补充
完成程序的执⾏；完成与硬件相关的⼯作；完成与应⽤⽆关的⼯作；计算机的效率与安全问题（OS的安全问题）
课后实践
OS原理与实际运⽤OS的关系
操作系统发展的主要动⼒
1.不断提供的计算机系统资源的利⽤率
2.⽅便⽤户
3.器件不断更新换代
4.计算机体系结构不断发展
5.不断提出新的应⽤要求
操作系统的发展过程
⼿⼯操作—>简单批处理—>多道批处理—>分时系统—>实时系统—>微机，多处理机，⽹络，分布式OS
金希澈和韩庚未配置操作系统的计算机
1.⼈⼯操作⽅式
特点：⽤户独占全机，CPU等待⼈⼯操作
缺点：⼈⼯操作的⽅式严重降低了计算机资源的利⽤率（问题主要表现在，⼈⼯操作⽅式下纸带的装填速度，明显慢于CPU的运⾏速度），所谓⼈机⽭盾；CPU与I/O设备之间速度不匹配的⽭盾更加突出；
解决⽅式：通道技术，缓存技术，但并未很好地解决上述⽭盾，直⾄引⼊脱机I/O技术
2.脱机I/O⽅式
pear是什么意思优点：
减少CPU的空闲时间——数据是在外围机控制下输⼊到⾼速磁带当中，脱机控制，并不占⽤主机时间
提⾼了I/O速度——当CPU需要数据时，数据直接从⾼速磁带输⼊内存，极⼤提⾼了I/O速度，进⼀步减少了CPU空闲时间
为解决CPU与I/O设备之间速度不匹配的问题
由于程序和数据的输⼊和输出都是在外围机的控制下完成的，或者说，他们都是在脱离主机的情况下进⾏的，故称其为脱机控制⽅式
（将要输⼊的的⽤户程序和数据通过外围机输⼊到磁带当中保存，当CPU需要这些程序和数据时再通过磁带调⼊内存；当需要输出
时，CPU将数据从内存⾼速地送到磁带上，然后在另⼀台外围机的控制下将数据通过相应的输出设备输出）
单道批处理系统
特性与研发⽬的
⾃动性：作业挨个处理，⽆⼈⼯⼲预
单道性：内存中仅有⼀道程序，顺序性（先进先出）
单道批处理系统研发⽬的：为了能充分提⾼计算机的利⽤率，应尽量保持系统连续运⾏，即使其在处理完⼀个作业后，紧接着处理下⼀个作业，减少系统空闲时间
单道批处理系统的处理过程
作业以脱机⽅式输⼊到磁带上，并在系统中配上监督程序。在监督程序的控制下，这批作业能⼀个接⼀个地被连续处理；
处理过程：监督程序将磁带上的第⼀个作业装⼊内存，并把运⾏控制权交给该作业；当作业处理完成时，⼜把运⾏控制权交还给监督程序，直到这批作业处理完毕；
单通道批处理系统的流程图
单道批处理系统的缺点
查违章车辆查询系统中的资源得不到充分利⽤——内存中仅有⼀道程序，每逢该程序在运⾏中发出I/O请求后，CPU便会处于等待状态，并且必须在该程序I/O完成后才能继续运⾏
计算机内存资源被浪费，多种I/O设备也未被很好利⽤
多道批处理系统
多道程序设计的基本概念
多道——宏观并⾏，微观串⾏，内存同时驻留多道程序容许并发执⾏
⽆序性——受资源影响，进出顺序不⼀致
成批处理
设计⽬的：为进⼀步提⾼资源利⽤率和系统吞吐量
执⾏流程：⽤户所提交作业放于外存，并形成⼀个“后备队列”
作业调度程序按⼀定的算法从后备队列中选择若⼲个作业调⼊内存，使他们共享CPU和系统中的各种资源；
由于内存中装有若⼲道程序，在运⾏程序A时，利⽤因其I/O操作⽽暂停执⾏时的CPU空挡时间，再调度另⼀道程序B执⾏
多道批处理系统的优缺点
资源利⽤率⾼
教师节贺卡祝福语简短系统吞吐量⼤
高考填志愿的时间平均周转时间长
⽆交互能⼒
多道批处理系统需解决的问题
争⽤处理机问题
内存分配与保护问题
I/O设备分配问题
⽂件的组织与管理问题
作业管理问题
⽤户与系统的接⼝问题
OS是⼀组能有效地组织和管理计算机软硬件资源，合理地对各类作业进⾏调度，以及⽅便⽤户使⽤的程序集合
分时系统
分时系统的引⼊
为满⾜⼈机交互的需求
特点：⼈机交互，共享主机
分时系统：在⼀台主机上连接多个配有显⽰器和键盘的终端所形成的系统
分时系统实现过程的关键
及时接收——多路卡，实现多路复⽤；配置缓冲区
及时处理——作业直接进⼊内存，只进⾏⼀次调度，作业直给CPU；引⼊时间⽚，轮转运⾏⽅式（2s响应 2ms处理）分时系统的特征
多路性，多终端同连⼀台主机，按分时原则为每个⽤户服务
独⽴性，feeling ⼀⼈独占主机
及时性，⽤户的请求能在很短的时间内得到相应(通常为1-3s)
交互性，⽤户通过终端与系统进⾏⼴泛的⼈机对话
实时系统
实时系统——系统能及时响应外部事件的请求，在规定事件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的类型
⼯业控制系统
信息查询系统
多媒体系统
嵌⼊式系统
实时性任务的类型
周期性实时任务和⾮周期性实时任务
硬实时任务和软实时任务（对截⾄时间的要求）
实时系统与分时系统特征的⽐较
实时控制系统——周期性对多路现场进⾏信息采集，并对多个对象或多个执⾏机构进⾏控制
多路性——装置与设备，对多个执⾏机构进⾏控制
独⽴性——独⽴控制某⼀装置，设备
及时性——画⾯流畅，声⾳连贯
交互性
可靠性
微机操作系统
单⽤户单任务OS（早期的8，16位OS，⽤户上机，仅⽤于单个任务）
单⽤户多任务OS
多⽤户多任务OS
提⾼算⼒的两种⽅式：量⼤，性能⾼
石雪和佟大为亲的照片嵌⼊式操作系统
嵌⼊式系统——专⽤计算机系统
嵌⼊式OS——基于嵌⼊式系统的OS
嵌⼊式OS的特点
系统内核⼩——⼀般⽤于⼩型电⼦装置，系统资源相对有限，因此其内核较传统OS要⼩的多
系统精简——既可以控制系统成本也有利于系统安全
实时性⾼——嵌⼊式系统的基本要求
具有可配置性
⽹络操作系统
什么是⽹络操作系统
⽤于计算机⽹络环境下对⽹络资源进⾏管理和控制，实现数据通信及对⽹络资源的共享，为⽤户提供⽹络资源接⼝的⼀组软件和规程的集合。
⽹络操作系统建⽴在⽹络中的计算机各⾃不同的单处理OS上，为⽤户提供使⽤⽹络资源的桥梁
常见的局域⽹上的OS有UNIX，linux等
⽹络操作系统的特征
硬件独⽴性，接⼝⼀致性，资源透明性，系统可靠性，执⾏并⾏性
⽹络OS的功能
⽹络OS涵盖了单处理机OS的全部功能，还具有⽀持数据通信，应⽤互操作，⽹络管理等功能
为实现⽹络中计算机之间的数据通信，⽹络操作系统具有如下基本功能:
①连接的建⽴与拆除；
②报⽂的分解与组装；
③传输控制；
④流量控制；
⑤差错的检测与纠正；
分布式操作系统
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