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  1. 操作系统的概念
  2. 操作系统的目标和作用
  3. 操作系统的发展过程
  4. 操作系统的基本特性
    1. 1. 并发
    2. 2. 共享
    3. 3. 虚拟
    4. 4. 异步
  5. 操作系统的主要功能
    1. 处理机管理功能
    2. 存储器管理功能
    3. 设备管理功能
    4. 文件管理功能
  6. OS结构设计
第一章 操作系统引论
2019-08-28
」 「

操作系统(OS)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。

操作系统的概念

计算机系统自下而上可大致分为4部分(区别于计组的分层):

操作系统是指控制和管理整个计算机系统的硬件与软件资源,合理地组织、调度计算机的工作与资源的分配,进而为用户和其他软件提供方便接口与环境的程序集合。操作系统是计算机系统中最基本的系统软件。

操作系统的目标和作用

应用环境不同,操作系统的主要目标也不同。

在计算机系统上配置操作系统,其主要目标是:方便性、有效性、可扩充性和开放性。

操作系统在计算机系统中所起的作用:

操作系统的发展过程

操作系统的基本特性

1. 并发

并行性:两个或多个事件在同一时刻发生

并发性:两个或多个事件在同一时间间隔内发生

在未引入进程的系统中,属于同一应用程序的计算程序和I/O程序只能顺序执行。引入进程后才可并发执行。

进程:在系统中能独立运行并作为资源分配的基本单位,它是由一组机器指令、数据和堆栈等组成的。

2. 共享

OS环境下的资源共享或称为资源复用,是指系统中的资源可供内存中多个并发执行的进程共同使用。

3. 虚拟

早期一条物理信道只能提供一对用户通话,为了提高信道的利用率而引入了“”虚拟“”技术。

虚拟是指把一个物理上的实体变为若干逻辑上的对应物。

4. 异步

进程是以人们不可预知的速度向前推进的,此即进程的异步性。

只有在OS中配置有完善的进程同步机制,且运行环境相同,则作业经过多次运行也会获得完全相同的结果。

操作系统的主要功能

处理机管理功能

在传统的多道程序系统中,处理机的分配和运行都是以进程为基本单位的,因而对处理机的管理可归结为对进程的管理。

  1. 进程控制
    1. 为作业创建进程,并为之分配资源
    2. 撤销已结束进程,并回收所占资源
    3. 控制进程在运行过程中的状态转换
    4. 有线程的OS中,还包括为一个进程创建若干线程,以提高系统的并发性、
  2. 进程同步
    1. 进程互斥方式:进程在对临界资源进行访问时,应采用互斥的方式,常用锁机制
    2. 进程同步方式:在相互合作去完成共同任务的诸进程间,由同步机制对它们的执行加以协调,常用信号量机制
  3. 进程通信:当相互合作的进程处于同一计算机系统时,通常在它们之间采用之间通信方式,即由源进程利用发送命令之间将消息挂到目标进程的消息队列,以后由目标进程利用接收命令从其消息队列中取出消息。
  4. 调度
    1. 作业调度:作业调度的基本任务是从后备队列中按照一定的算法选择从若干个作业,为它们分配运行所需的资源,将这些作业调入内存后,分别为它们建立进程,使它们都成为可能获得处理机的就绪进程,并将它们插入就绪队列中
    2. 进程调度:进程调度的任务是从进程的就绪队列中按照一定算法选出一个进程,将处理机分配给它,并为它设置运行现场,使其投入执行

存储器管理功能

存储器管理的主要任务:为多道程序的运行提供良好的黄金,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:

    • 为每道程序分配内存空间
    • 提高存储器利用率,尽量减少不可用的内存空间(碎片)
    • 允许正在执行的程序申请附加的内存空间,以适应程序和数据动态增长的需要

    内存分配的方式:

    • 静态分配方式:每个作业的内存空间在作业装入时确定,不允许增加和“移动”
    • 动态分配方式:每个作业的内存空间在作业装入时确定,允许增加和“移动”
  2. 内存保护:

    • 确保每道用户程序在自己的内存空间运行,彼此互不干扰
    • 绝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:将(各程序段的)地址空间中的逻辑地址转换为内存空间中与之对应的物理地址

  4. 内存扩充:借助虚拟存储技术,从逻辑上扩充内存

    • 请求调入功能,允许在仅装入部分用户程序和数据的情况下,启动程序运行,需要时再调入
    • 置换功能,将内存中暂时不用的程序和数据调至硬盘,腾出内存空间供需要的程序使用

设备管理功能

主要任务:

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

OS结构设计

  1. 无结构操作系统
  2. 模块化结构OS
  3. 分层式结构OS
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