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第一章：操作系统引论
操作系统的目标和作用
OS的定义
OS在计算机中的地位
OS的目标
OS的作用
推动OS发展的主要动力
操作系统的发展过程
无OS
OS分类
OS课程所站的角度
操作系统的基本特性
并发
共享
虚拟
异步
操作系统的主要功能
处理机管理功能
存储器管理功能
设备管理功能
文件管理功能
用户接口
OS结构设计
传统的操作系统结构
现代操作系统结构
常见的OS
操作系统的目标和作用
OS的定义
OS是直接控制和管理计算机硬件、软件资源，合理的对各类作业进行调度，以方便用户使用的程序集合。
OS在计算机中的地位
紧贴在计算机之上，所有其他软件之下。
OS的目标
1、方便性
在计算机上配置了OS后，系统可以使用编译命令将用户采用高级语言书写的程序翻译成机器代码，或者直接通过OS所提供的各种命令操纵计算机系统，方便了用户。
2、有效性
第一层含义：提高系统的资源利用率；第二层含义：提高系统的吞吐量。
3、可扩充性
4、开放性
OS的作用
1、作为用户和计算机间的接口。
2、作为计算机系统资源的管理者。
3、实现了对计算机资源的抽象。
推动OS发展的主要动力
1、不断提高计算机资源利用率。
2、方便用户。
3、器件的不断更新换代。
4、计算机体系结构的不断发展。
5、不断提出新的应用请求。
操作系统的发展过程
无OS
人工操作方式
工作方式：
用户：既是程序员又是操作员；用户是计算机专业人员；
编程语言：机器语言；
输入输出：纸带或卡片。
缺点：用户独占主机；CPU等待人工操作。
脱机I/O方式
该技术是事先将装有用户程序和数据的纸带装入纸带输入机，在一台外围机的控制下把纸带上的数据输入到磁带上。当CPU需要这些程序和数据时，再从磁带上高速地调入内存。输出时类似输入。
优点：减少了CPU的空闲时间；提高了I/O速度。
OS分类
批处理系统
旨在提高系统资源利用率和系统吞吐量。
单道批处理系统
原理：对作业的连续处理。
缺点：系统中的资源得不到充分的利用。
过程：首先由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；当该作业处理完成时，又把控制权还给监督程序，然后调用第二个作业，一个接一个连续处理，直至处理完成所有作业。
多道批处理系统
原理：后备队列。
优点：资源利用率高；系统吞吐量大。
缺点：平均周转时间长；无交互能力。
过程：用户所提交的作业先存放在外存上，并排成一个队列，称为“后备队列”。然后由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。
分时系统
主要动力：为了满足用户对人——机交互的需求。①人——机交互；②共享主机。
目标：对用户的请求及时响应；尽量提高系统资源的利用率。
原理：一台主机连接多个终端；分时轮流。
基本特征：多路性；独立性；及时性；交互性。
实时系统
主要动力：实时响应，在规定时间内完成对事件的处理。
目标：提高系统的响应时间，对随机发生的外部事件做出及时响应并对其进行处理。
原理：截止时间。
分类：实时控制系统：要求计算机能尽快处理测量系统测得的数据，以尽快实施响应控制。
实时信息系统：要求计算机能对终端设备发来的服务请求及时予以正确的回答。
基本特征：快速的响应时间；有限的交互能力；高可靠性。
OS课程所站的角度
多任务、单CPU、CPU具有与外设并行操作的能力。
特别指出：
1、程序均由CPU执行；
2、CPU只能执行机器语言程序；
3、CPU执行的程序均在内存中。
操作系统的基本特性
并发
并发：指两个或多个事件在同一时间间隔内发生。
并行：指两个或多个事件在同一时刻发生。
共享
指系统中的资源供内存中的多道程序共同使用。
分类：
互斥共享方式：打印机；
同时访问方式：磁盘；
虚拟
指通过某种技术把一个物理实体变成若干个逻辑上的对应物。对某一物理设备实现分时使用。
例：分时系统将一机虚拟为多机（由于共享资源）。
异步
系统中并发执行的多道程序“走走停停”，以不可预知的速度向前推进。
操作系统的主要功能
操作系统的主要任务：为多道程序的运行提供良好的运行环境，以保证多道程序能有条不紊、高效的运行，并能最大程度的提高系统中各种资源利用率和方便用户使用。
处理机管理功能
处理机的分配和运行都是以进程为基本单位，因而对处理机的管理可归结为对进程的管理。
主要功能：创建和撤销进程，对诸进程的运行进行协调，实现进程之间的信息交换，以及按照一定算法把处理机分配给进程。
1、进程控制
主要功能：为作业创建、撤销已结束的进程，以及控制进程在运行中的状态转换。
2、进程同步
主要任务：为多个进程的运行进行协调。
常见的协调方式：①进程互斥方式，指诸进程对临界资源进行访问时，应采用互斥方式；②进程同步方式，指在相互合作去完成共同任务的诸进程间，由同步机构对他们的执行次序加以协调。
3、进程通信
任务：实现相互合作进程之间的信息交换。
4、调度
作业调度、进程调度。
存储器管理功能
主要任务：为多道程序的运行提供良好的运行环境，提高存储器的利用率，方便用户使用，并能从逻辑上扩充内存。
1、内存分配
主要任务：（1）为每道程序分配内存空间；（2）提高存储器的利用率；（3）允许正在运行的程序申请附加的内存空间。
分为静态分配方式和动态分配方式。
2、内存保护
主要任务：（1）确保每道用户程序都仅在自己的内存空间中运行，彼此互不干扰；（2）不允许用户程序访问操作系统的程序和数据，也不允许用户程序转移到非共享的其他用户程序中去执行。
3、地址映射
4、内存扩充
设备管理功能
主要任务：（1）完成用户的I/O请求，为用户分配所需的I/O设备，并完成指定的I/O操作；（2）提高CPU和I/O设备的利用率，提高I/O速度，方便用户使用I/O设备。
1、缓冲管理
2、设备分配
3、设备处理
文件管理功能
主要任务：对用户文件和系统文件进行管理以方便用户使用，并保证文件的安全性。
1、文件存储空间的管理
2、目录管理
3、文件的读/写管理和保护
用户接口
OS结构设计
传统的操作系统结构
传统的操作系统结构
无结构操作系统
缺点：庞大杂乱，无清晰程序结构；程序错误多，调试难、阅读难、理解难、维护难。
模块化OS结构
优点：提高OS设计的正确性、可理解性和可维护性；
增强了OS的可适用性；
加速了OS的开发过程。
缺点：模块及接口划分困难；
从功能上划分模块，未区别共享资源和独占资源；
由于管理的差异，使OS结构变得不清晰。
分层式OS结构
优点：结构清晰；调试和验证更容易，正确性更高。
缺点：系统效率降低。
现代操作系统结构
微内核OS结构
微内核的基本功能：进程管理、存储器管理、进程通信管理、I/O设备管理。
特点：小而精炼；系统灵活性和可扩充性好；系统的可靠性高；适用于分布式系统。
常见的OS
MS DOS、MS Windows、UNIX、Linux、手持系统、嵌入式操作系统。
