计算机操作系统学习记录

操作系统引论

操作系统的功能

一、平台与环境的功能

1）OS是计算机用户最基本的操作平台。OS之所以叫做OS，是因为它使得计算机成了可以操作并且由它提供了一部分最基本的操作命令的缘故。

2）在软件层次上，OS是最底层的软件，也是最接近硬件的软件，对其他软件提供支持，是其他软件的运行平台。

3）OS还为其他软件提供开发支持，起到软件开发支撑平台的作用。

 

综上，OS是计算机系统中最不可缺少的软件，它是计算机硬件组成最基本的平台，向用户提供操作支持，向程序员提供编程接口，为程序提供驻留和运行环境。

 

二、资源管理者功能

1）OS必须随时记住系统中所有的资源及其状态；

2）记住资源的目的是为了使用资源，OS将随时准备提供用户和程序对资源的使用

3）当发现有使用资源的冲突时，OS要设法作出仲裁，比如按照某种规则排队。

 

依据系统资源的特点，OS的管理职能体现在CPU管理，存储器管理，设备管理和文件管理。

 

三、计算机工作流程组织者或者总调度员的功能

OS根据设计者实现给出的策略和算法，将计算机的用户和正在执行的程序一一登记起来，尽可能满足各自的资源要求，使随机发生的各种事件的处理有章可循，合情合理；使宏观上并发的许多时间微观处理时顺序化；对各个运行程序进行调度，优化作业组合，协同程序对于资源的竞争和共享。

 

调度功能体现在作业管理、进程管理、中断与事件管理、进程通信以及死锁对策等等。

 

具备了以上三个功能，OS的定义如下：

OS是裸机配置的一种系统软件，是用户和用户程序与计算机之间的接口，是用户程序和其他系统程序的运行平台和环境。它有效地控制和管理计算机系统中的各种硬件和软件资源，合理地组织计算机系统的工作流程，最大限度地方便用户使用计算机，发挥资源的作用。

 

OS与其他软件的不同之处：

1）OS是计算机系统中最不可或缺的软件

2）OS与其他软件同时执行，为其他软件的执行提供服务，可以控制其他软件的执行；

3）OS从开机起到关闭电源已知都在运行；

4）OS的驻留位置和应用程序相隔离，核心部分驻留在内存的核心空间，应用程序在用户空间。OS在CPU管态执行，可以执行特权指令，具备其他程序所不具备的特权；

5）OS可以直接操作硬件，程序中的I/O操作是间接地由OS协助完成的

6）OS的许多重要功能由硬件协同实现

 

OS的外特征：

1）OS的静态驻留特征；

2）OS的动态运行特征，将应用程序调入内存。

 

OS的微观特征

1）并发性

并发的意思是存在许多同时的或平行的活动，采用多道程序设计技术，在内存中同时存在几道用户程序，当一个程序需要输入输出时，马上调用另一个程序在CPU上计算，他们宏观上同时处在运行状态。

2）共享性

3）不确定性

4）虚拟化

OS将某个物理实体虚拟化，即把他变成多个逻辑上的对应物。举例说明：

在处理机管理中，用分时技术，让多个进程宏观上同时处于运行状态，将一台物理上地CPU变成多态逻辑上的CPU。在存储器管理，用虚拟存储技术或者进程对换技术，让进程能够在各自的地址空间中运行。在设备管理中，通过spooling技术，将一台慢速的I/O设备变成每个进程的一台虚拟设备。

 

多道程序设计技术的实现方法

1）规定某种策略，在各运行程序间进行调度，解决CPU的切换，叫做CPU管理。对每一个运行的程序实体进行描述和管理，叫做进程管理，还要为进程运行提供必要的生存环境。

2）作为进程环境的一部分，为各个参与多道运行的程序分配内存，并提供程序对于逻辑地址访问的正确的地址定位，实施各个内存区的保护，叫做内存管理。

3）要保证程序运行中所需的资源，包括提供所需的设备。因此要进行设备的登记、分配、启动传输等。为了提高设备效率，要充分利用系统的中断功能、数据缓冲功能，对系统中各种中断和事件进行管理，叫做设备管理

4）各个进程往往有信息要进行存储、转存和交换，要设置大容量信息系统，OS要保证文件易于按名存取，方便使用，要保证文件的安全性、保密性，还要保证文件系统的可靠性。

 

OS的基本类型

1）批处理系统

特点：成批多道；作业运行期间，不可干预性；追求作业的大吞吐量和系统资源的利用率

 

2）分时系统

特征：多路性；同时性；交互性。

 

3）实时系统

特点：响应实时；安全可靠。 

 

4）网络操作系统

特点：多机互访，资源共享

 

5）分布式操作系统

分布式和网络的区别在于

1)分布性。结点处无专属自己的OS，任何一台计算机都没有集中管理的OS，所有资源均是共享；

2)对称性

3)协同性

 

6）云操作系统

云端三大服务Iaas、Paas、Saas，其有四个基本功能： 管理和驱动海量服务器、存储阵列等基础硬件；为云应用软件提供统一、标准的接口；管理海量的计算任务以及资源调配；保证云系统的可靠和安全。

 

操作系统结构

CPU的两种状态：核心态（管态）供OS使用，用户态供用户程序使用，输入输出和某些操作在该状态不可执行。

 

基本概念

1)中断驱动。中断时CPU对于外部事件的响应。

2)核心态与特权指令

CPU的两种执行状态：核心态（管态）和用户态（目态）。只有管态才能享有特权，执行特权指令。