【操作系统】1.1操作系统概述

时间  2021-01-04 标签 操作系统

文章目录

操作系统的功能和定义

操作系统的功能

进程管理

  • 进程控制
  • 进程调度
  • 进程通信

内存管理

  • 内存分配
  • 内存共享
  • 内存保护
  • 虚拟内存

设备管理

  • 设备的分配和调度
  • 设备无关性
  • 设备传输控制
  • 设备驱动

文件管理

  • 存储空间管理
  • 文件的操作
  • 目录的操作
  • 文件和目录的存取权限管理

操作系统的定义

  • 提供用户接口，方便用户控制计算机；
  • 负责为应用程序分配和调度软硬件资源，并控制与协调应用程序并发活动，帮助用户存取和保护信息。

操作系统的发展历史

计算机发展的四个典型阶段

  • 电子管时代【1946-1955】
  • 晶体管时代【1955-1965】
  • 集成电路时代【1965-1980】
  • 大规模集成电路时代【1980-至今】

操作系统发展的四个典型阶段

  • 手工操作（无操作系统），50年代早期

    电子管时代【1946-1955】

    1. 结构特点

      • 硬件：电子管、接线面板(按钮/开关)

      • 程序：二进制程序，打孔：纸带和卡片

    2. 使用特点

      • 程序准备/启动/结束：手工处理，繁琐耗时

    3. 缺点

      • 效率低：CPU有效运行时间极低
      • 用户独占
      • 缺少交互

  • 单道批处理系统 50年代

    晶体管时代【1955-1965】

    1955年，IBM推出第一台晶体管计算机：典型机型7094

    1. 工作特点

      • 管理员事先将多个作业输入到磁盘形成作业队列；

      • 操作系统依次自动处理队列中的每个作业

        装入-运行-撤出…

      • 程序的装入和撤出：自动完成，效率极高

      • 运行完毕，通知用户取结果

    2. 工作特点

      • 批量：作业队列
      • 自动：识别作业，装入和撤出
      • 单道：依次，串行

    3. 缺点

      • 外设与CPU交替空闲和忙碌，CPU和外设利用率低

在这里插入图片描述

  • 多道批处理系统 60年代初

    1. 定义：在内存中存放多道程序，当某道程序因为某种原因（例执行I/O操作时）不能继续运行而放弃CPU时，操作系统便调度另一程序投入运行。这样可以使CPU尽量忙碌，提高系统效率。

      提高系统CPU利用率

      提高系统吞吐量

    2. 特点

      • 多道：内存同时存放多道程序
      • 并行：宏观上
      • 串行：微观上

    3. 缺点

      • 作业处理时间长；
      • 交互能力差；
      • 运行过程不确定；

    在这里插入图片描述

  • 分时系统 60年代中

    60年代硬件的两个重大进展

    • 中断技术

      CPU收到外部信号（中断信号）后，停止当前工作，转去处理该外部事件，处理完毕后回到原来工作的中断处（断点）继续原来的工作。

    • 通道技术

      专门处理外设与内存之间的数据传输的处理机。

分时技术与分时操作系统

分时技术

概念

  • 主机以很短的“时间片”为单位，把CPU轮流分配给每个终端使用，直到全部作业被运行完。
  • 由于时间片很短，在终端数量不多的情况下，每个终端都能很快重新获得CPU，使得每个终端都能得到及时响应。
    • 等待周期=时间片*终端数量

分时操作系统

分时操作系统的背景

  • 事务性任务的涌现
    • 交互性高
    • 相应快速
  • 要求支持多任务/多用户
  • 多终端计算机

多终端计算机

  • 高性能主机 + 多个终端

    • 主机：运算，CPU+内存

    • 终端：输入和显示

在这里插入图片描述

大型分时系统的实践： Multics项目

  • 1962年由ARPA支持：有MIT、BELL和G.E参与
  • 开发一种“公用计算服务系统”
  • MULTiplexed Information and Computing Service
  • 同时支持波士顿地区所有分时用户

UNIX

  • 第一个实用化的分时操作系统

    • 第一个真正体现操作系统领域各种先进概念和技术的操作系统

  • 革新和创造

    • 实现操作系统的可移植性

    • 实现了硬件无关性

    • 引进了“特殊文件”（Special File）的概念

      把外设看做文件，实现对外设统一管理

在这里插入图片描述

典型操作系统类型

操作系统的进一步发展（分时系统的衍化）

微机操作系统

  • 背景

    随着大规模集成电路发展，进入个人计算机（PC机）时代。

  • 1973年：CP/M操作系统

    Control Program/Microprocessor

    良好的层次结构：BIOS把操作系统和硬件分隔

    易学易用

  • 苹果Mac OS和Macintosh（1976年）

    Mac OS 是运行Macintosh系列电脑上的操作系统。

    Mac OS 是首个配有图形界面和鼠标的操作系统。
    在这里插入图片描述

  • 微软的MS DOS（80年代）

    • 磁盘操作系统
    • 单用户单任务
    • MS DOS预装在IBM PC 上

  • 微软Windows操作系统

    • 1985年11月，Windows1.0正式发布
    • 1992年04月，发布Windows3.1
    • 1993年05月，发布Windows NT
    • Windows 95、CE、98、2K、XP、Win7、Win8、Win10…

    Windows占有PC市场的巨大份额

多处理机操作系统

网络操作系统

  • 普通操作系统+网络通信+网络服务

  • UNIX/LINUX/WINDOW

  • 功能

    • 透明存取
    • 存取控制
      在这里插入图片描述

实时操作系统

  • 产生背景
    • 实时任务：军事、工业控制、智能仪器等
    • 要求：某些任务要优先紧急处理
  • 特点
    • 强调作业的完成时限
  • 硬实时系统：时限要求严格
    • 火炮控制系统
    • 航空航天
    • 制导系统
    • 工业控制
    • 汽车电子系统
    • …
  • 软实时系统：时限要求不是太严格，尽量快
    • 网络视频
    • 互动网游
    • 广播
    • 通讯
    • …

嵌入式操作系统

  • 嵌入式操作系统≈实时操作系统

  • 嵌入式系统

    软硬件可以裁剪，软硬件一体化的系统

  • 典型嵌入式操作系统

    • Andriod
    • Linux
    • ucOS
    • ucLinux
    • vxWorks
    • WinCE
联系我们 沪ICP备13005482号-10