第一章 操作系统引论

1.1 操作系统的目标和作用 P1 全考

• 1、操作系统的目标

  • (1)方便性。操作系统使计算机系统更易于使用。
  • (2)有效性。操作系统使资源的利用率更高，系统的吞吐量更大。
  • (3)可扩充性。操作系统必须能方便地增加新的功能和模块，并能修改老的功能 和模央，以适应计算机硬件、体系结构以及应用发展的要求。
  • (4)开放性。操作系统的开发应该遵循世界标准规范，特别是遵循开放系统互连 OSI 国际标准，从而使其与其他系统之间能彼此兼容、方便地实现互连。

• 2、操作系统的作用

  • (1)操作系统是用户与计算机硬件系统之间的接口。
    用户并不直接与计算机硬件打交道，而是通过操作系统提供的命令、系统功能调用以及图形化接口来使用计算机。
  • (2)操作系统是计算机资源的管理者。
    处理机的分配和控制，内存的分配和回收，10没备的分配和操纵，文件的存取、共享和保护工作都是由操作系统完成的。
  • (3)操作系统实现了对计算机资源的抽象。
    操作系统是铺设在裸机(即没有配置任何软件的计算机系统)上的多层软件，它不仅增强了系统的功能，而且还隐藏了对硬件操作的细节，从而实现了对计算机资源的抽象。
    另外，操作系统还是计算机工作流程的组织者。它负责在众多作业之间切换处理机，并协调它们的推进速度，从而进一步提高系统的性能。

1.3 操作系统的基本特性 P13 全考

基本特性包括：并发性，共享性、虚拟性、异步性

• 1、并发性

  • 并发性是指两个或多个事件在同一时间间隔内发生。在多道程序的环境下，并发性是指在一 段时间内，宏观上有多个程序在同时运行。多个进程的并发运行能极大地提高系统资源的利用率，增加系统的吞吐量。
  • 并行性是指两个或多个事件在同一时刻发生。可见，并行性具有并发的含义，但并发事件并不一定具有并行性。

• 2、共享性
  共享性是指系统中的资源可供内存中多个并发执行的进程同时使用。根据资源性质的不同可将资源共享方式分为以下两种。

  • 互斥共享。系统中可供共享的某些资源，如打印机、变量、队列等，一段时间内只能给一个进程使用，只有当这个进程使用完毕并释放这些资源后，其他进程才能使用它们。
  • 同时访问。系统中的另一类资源，如磁盘、可重入代码等，它们在同一段时间内可以被多个进程同时访问。虽然这种同时是指宏观上的同时，微观上可能是进程交替地访问该资源，但进程交替访问资源的顺序不会影响访问的结果。

• 3、虚拟性

  • 时分复用技术
  • 空分复用技术
    虚拟性是指通过某种技术，将一个物理实体变为若干个逻辑上的对应物。用来实现虚拟性的技术被称为虚拟技术。在OS中利用虚拟技术实现了虚拟处理机、虚拟存储器和虚拟设备，从而使得进程可以更方便地共享系统资源。

• 4、异步性
  异步性是指在多道程序的环境下，每个程序何时执行、何时暂停都是未知的，即它们以不可预知的速度向前推进。但同时操作系统应保证程序的执行结果是可再现的，即只要运行环境相同，一个作业的多次运行都会得到相同的结果。

1.4 操作系统的主要功能 P16 全考

操作系统的主要功能包括：处理机管理、存储器管理、设备管理、文件管理和提供友的用户接口五个方面。

1、处理机管理

处理机管理主要是对处理机的分配和运行进行管理。在传统的操作系统中，处理机分配和运行都是以进程为基本单位，因此通常将处理机管理归结为对进程的管理。进程管理的主要功能包括:
* (1)进程控制。进程控制为作业创建进程、撤消进程，并控制进程在运行过程中的状态转换。
* (2)进程同步。进程同步对进程的执行次序进行协调，使进程能有条不素地运行。
* (3)进程通信。进程通信实现进程之间的信息交换，使进程能很好地相互合作。
* (4)进程调度。进程调度在多个就绪进程中分配处理机，并使分配到处理机的进程投入执行。

2、存储器管理

存储器管理主要是为多道程序的运行提供良好的环境，它的主要功能包括:

• (1)内存分配。内存分配为每道程序分配内存空间，分配时要尽量提高内存的利用率。
• (2)内存保护。内存保护确保每道用户程序只在自己的内存空间中运行，从而不影响操作系统和其他程序的运行。
• (3)地址映射。地址映射将程序中的逻辑地址转换成内存中的物理地址，以使程序能正确执行。
• (4)内存扩充。内存扩充在逻辑上扩充内存的容量，以方便大作业的运行和增加内存中并发作业的道数。

3、设备管理

设备管理主要是完成用户的1/O请求，它的主要功能包括:

• (1)缓冲管理。缓冲管理利用缓冲来缓和CPU和I/O设备速度不匹配的矛盾,提高CPU 和10设备的利用率和IO的速度。
• (2)设备分配。设备分配为用户分配完成10请求所需的设备和设备控制器，在配置有通道的系统中，还需为用户分配通道。
• (3)设备处理。设备处理启动设备进行真正的1/0操作，响应并处理设备控制器发来的中断请求。

4、文件管理

文件管理主要是使用户能方便、安全地使用各种信息资源，它的主要功能包括:

• (1)文件存储空间的管理。文件存储空间的管理为文件分配必要的存储空间，并尽量提高文件存储空间的利用率和文件访问的效能，
• (2)目录管理。目录管理通过目录的方式来组织文件，以实现文件的按名存取，并提高文件的检索速度。
• (3) 文件的读/写管理和保护。文件的读/写管理和保护实现文件的读写操作，并提供有效的存取控制功能保护文件的安全性。

5、友好的用户接口

为方便用户使用计算机，操作系统向用户提供了使用计算机的接口。该接口通常是以下列方式提供给用户的。

• (1)用户接口。用户接口又可分为联机用户接口、脱机用户接口和图形用户接口三种类型。联机用户接口允许用户通过一组联机命令直接控制自己的作业:脱机用户接口则允许用户通过作业控制语言间接地控制自己的作业:图形用户接口提供了窗口、图标和菜单等元素，使用户可方便地通过指点设备(如鼠标)和少量的键盘操作，取得操作系统的服务。
• (2)程序接口。程序接口是指操作系统提供了一组系统调用，供用户程序调用操作系统的功能。

6、现代操作系统的新功能

• (1)系统安全。现代操作系统采用认证技术、密码技术、访问控制技术以及反病毒技术等多种有效措施，确保计算机系统中存储和传输数据的保密性、完整性和系统可用性。
• (2)网络的功能和服务。现代操作系统提供网络通信、网络资源管理和应用互操作等功能，以支持用户联网取得各类网络所提供的服务。
• (3)支持多媒体。现代操作系统提供接纳控制和实时调度等功能，采取适当的多媒体文件存储方式，以保证系统能像处理文字、图形信息那样，去处理音频和视频等多媒体信息。