操做系统|操做系统概述

什么是操做系统？

操做系统(Operating System,OS)是控制应用程序执行和充当硬件系统和应用程序之间的界面的软件。

操做系统的目标

方便性、有效性、可扩充性、开放性。

操做系统的做用

• OS做为用户与计算机硬件系统之间的接口

  如图所示，用户能够经过命令方式、系统调用和图标-窗口方式实现与操做系统的通讯，并取得它的服务。

• OS做为计算机系统资源的管理者

  1. 管理处理器，用于分配和控制处理器
  2. 管理存储器，主要负责内存的分配与回收
  3. 管理I/O设备，负责I/O设备的分配与操纵
  4. 管理文件，负责文件的存取、共享和保护

• OS实现了对计算机资源的抽象

  OS是铺设在计算机硬件上的多层软件的集合，增长了系统的功能，隐藏了对硬件系统的具体细节，实现了对计算机硬件操做的多个层次的抽象模型，方便用户使用。

操做系统的发展过程

• 未配置操做系统的计算机系统

  1. 人工操做方式

  2. 脱机输入/输出方式

     脱机I/O方式指的是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，他们是在脱离主机的状况下进行的。

     联机I/O指的是在主机的直接控制下进行输入/输出的方式。

• 单道批处理系统：首先由监督程序将磁带上的第一个做业装入内存，并把运行控制权交给该做业，当该做业处理完成时，又把控制权交还给监督程序，再由监督程序把磁带上的第二个做业调入内存，计算机系统就这样自动地一个做业紧接一个做业进行处理，直至磁带上的全部做业所有完成。

• 多道批处理系统：用户所提交的做业都先存放在外存上并排成一个队列，称为“后备队列”；而后由做业调度程序按必定的算法从后被队列中选择若干个做业调入内存，使它们共享CPU和系统中的各类资源。

• 分时系统：分时系统是指在一台主机上链接了多个配有显示器和键盘的终端并由此所组成的系统，该系统容许多个用户同时经过本身的终端，以交互方式使用计算机，共享主机中的资源。为了及时从终端接收命令并处理，须要为每一个终端配置缓冲区，暂存用户键入的命令（或数据）。由于做业在磁盘上是不能运行的，因此做业应直接进入内存，而且系统规定采用轮转运行方式，每一个做业只能运行一个时间片，而后就暂停该做业的运行，并当即调度下一个做业运行。
• 实时系统：实时系统是指系统能及时响应外部时间的请求，在规定的时间内完成对该事件的处理，并控制全部实时任务协调一直地运行。

• 微机操做系统

操做系统的基本特性

并发：指两个或多个事件在同一时间间隔内发生，使得OS能有效地提升系统中资源利用率，增长系统的吞吐量。

• 并发性是指两个或多个事件在同一时间间隔发生。
• 并行性是指两个或多个事件在同一时刻发生。

共享：共享是指系统中的资源可供内存中多个并发执行的进程（线程）共同使用。

• 互斥共享：仅当占有资源的进程A访问完并释放该资源后，才容许另外一进程B对该资源进行访问（对独占资源应采用该方式）
• 同时访问：容许在一段时间内由多个进程“同时”对它们进行访问。这里的“同时”，在单处理机环境下每每是宏观的，而在微观上，这些进程多是交替对该资源进行访问。

虚拟：经过某种技术将一个物理实体变成若干个逻辑上的对应物。

• 时分复用技术

虚拟处理机技术：虚拟处理机技术借助多道程序设计技术，即为每一道程序创建一个进程，让多道程序并发执行，从而达到分时使用一台计算机，这台计算机可以同时为多个用户服务，使得每一个终端用户都认为有一个处理机专门为他服务。

虚拟设备技术：一台物理I/O设备虚拟为多台逻辑上的I/O设备，并容许用户占用一台逻辑上的I/O设备，这样能够容许在一段时间内由一个用户访问的设备（即临界资源）变为在一段时间内容许多个用户同时访问的共享设备。

• 空分复用技术

能够用来实现虚拟磁盘、虚拟存储等，提升资源的利用率。它将一个频道范围很是宽的信道，划分红多个频率范围较窄的信道，其中的任何一个频带都只供一个用户通话

异步：在多道程序环境下容许多个进程并发执行，但只有进程在得到所需的资源后方能执行。进程以人们不可与之的速度向前推动，此即进程的异步性。简单来讲，即因为各用户程序性能的不一样，不一样程序对内存的使用开始时间、结束时间、中断时间是不可预知的。

操做系统的主要功能

• 处理机管理功能：建立和撤销进程，对诸进程的运行进行协调，实现进程之间的信息交换，以及按照必定的算法把处理机分配给进程。主要为进程控制、进程同步、进程通讯和调度。
• 存储器管理功能：内存分配和回收、内存保护、地址映射和内存扩充等。
• 设备管理功能：主要是完成和用户进程提出的I/O请求，为用户进程分配所需的I/O设备，并完成指定的I/O操做以及提升CPU和I/O设备的利用率，提升I/O速度，方便用户使用I/O设备。主要有缓冲管理、设备分配以及虚拟设备等。
• 文件管理功能：对用户文件和熊文件进行管理以及方便用户使用，并保证文件的安全性。主要有对文件存储空间的管理、目录管理、文件的读，写管理以及文件的共享与保护等功能。
• 操做系统与用户之间的接口：便于用户直接或间接地控制本身的做业。主要有联机用户接口、脱机用户接口和图形用户接口。

微内核OS结构

微内核（Micro Kernel）操做系统

基本特征

• 足够小的内核

• 基于客户/服务器模式

• 应用“机制与策略分离”原理

• 采用面向对象技术

微内核的基本功能：进程（线程）管理、低级存储器管理、中断和陷入处理

微内核操做系统的优势：提升了系统的可拓展性，加强了系统的可靠性，可移植性强，提供了对分布式系统的支持，融入了面向对象技术

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