Chapter 1 操作系统引论

操作系统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。其主要作用是管理好这些设备，提高它们的利用率和系统的吞吐量，并为用户和应用程序提供一个简单的接口，便于用户使用。

1.1 操作系统的目标和作用

1.1.1 操作系统的目标

• 在计算机系统上配置操作系统，主要目标：方便性、有效性、可扩充性、开放性

1.1.2 操作系统的作用

• OS作为用户与计算机硬件系统之间的接口
• OS作为计算机系统资源的管理者
• OS实现了对计算机资源的抽象

1.2 操作系统的发展过程

1.2.1 未配置操作系统的计算机系统

• 人工操作方式
• 脱机输入/输出方式

1.2.2 单道批处理系统

• 先把一批作业以脱机方式输入到磁带上，并在系统中配上监督程序
• 单道批处理系统的缺点在于系统中的资源得不到充分的利用，使得CPU的利用率较低

1.2.3 多道批处理系统

• 用户所提交的作业先存放到内存上，并且排成一个“后备队列”
• 然后按照一定的算法，从后备队列中选择若干个作业调入内存，共享CPU和各种资源
• 优点在于资源利用率高、系统吞吐量大
• 缺点在于平均周转时间长、无交互能力

1.2.4 分时系统

• 推动分时系统形成和发展的主要动力，这是为了满足用户对于人-机交付的需求
• 具体操作过程需要满足 及时接收和及时处理 两个问题
  • 作业直接进入内存
  • 采用轮转运行方式—系统规定每个作业每次只能运行一个时间片
• 分时系统的特征包括：多路性、独立性、及时性、交互性

1.2.5 实时系统

1.3 操作系统的基本特征

其中并发性和共享性最为重要，且为最基本的特征

1.3.1 并发（concurrence）

1. 并行和并发
   • 并行性是指两个或者多个事件在同一时刻发生
   • 并发性是指两个或者多个事件在同一时间间隔内发生
2. 引入进程
   • 进程是指系统中能独立运行并作为资源分配的基本单位，是一个能独立运行的活动实体

1.3.2 共享（sharing）

• 在OS环境下的资源共享也成为资源复用

1. 互斥共享方式
   • 资源可以给多个进程使用，但是规定在一段时间内，只允许一个进程访问该资源
   • 把这种一段时间内只允许一个进程访问的资源，称为临界资源
2. 同时访问方式

1.3.3 虚拟（virtual）

• 该技术是通过“时分复用”或者“空分复用”技术，将一个物理实体变为若干个逻辑上的对应物的功能

1.3.4 异步（asynchronism）

1.4 操作系统的主要功能

1.4.1 处理机管理功能

• 进程控制
• 进程同步
• 进程通信
• 调度
  • 作业调度
  • 进程调度

1.4.2 存储器管理功能

• 内存分配
• 内存保护
• 地址映射
• 内存扩充

1.4.3 设备管理功能

• 完成用户进程提出的I/O请求，位用户进程分配设备，并完成I/O指定操作
• 提高CPU和I/O设备的利用率

1.4.4 文件管理功能