浅谈操作系统——引论

操作系统的基本特性

  操作系统主要有多道批处理系统,分时系统和实时系统这三种基本操作系统,批处理系统有着高的资源利用率和系统吞吐量,分时系统能够获得及时响应,实时系统具有实时特征,它们共同的基本特征是并发、共享、虚拟和异步。

并发

  系统中的程序能并发执行这一特征,才使得OS有效地提供系统中的资源利用率,增加系统的吞吐量。

并行和并发

  并行性和并发性是两个不同的概念。并行性是指两个或多个事件在同一时刻发生的,并发性是指两个或多个事件在同一时间间隔内发生的。

共享

  一般情况下的共享与操作系统环境下的共享含义并不完全相同。

互斥共享方式

  系统中的某些资源(如打印机)虽然可以提供给多个进程(线程)使用,但应规定在一段时间内,只允许一个进程访问该资源。为此,在系统中应建立一种机制,以保证多个进程对这类资源的互斥访问。

同时访问方式

  系统中还有另一类资源,允许在一段时间内由多个进程“同时”对它们进行访问。这里的“同时”,在单处理机环境下是宏观意义上的,而在微观上,这些进程对该资源的访问是交替进行的。典型的可供多个进程“同时”访问的资源是磁盘设备。一些用重入码编写的文件也可以被“同时”共享,即允许若干个用户同时访问该文件。

虚拟

时分复用技术

(1) 虚拟处理机技术。
  (2) 虚拟设备技术。

空分复用技术

  频分复用技术是将一个频率范围比较宽的信道划分成多个频率范围较窄的信道(称为频带),其中的任何一个频带都仅供一对用户通话。频分复用技术能将一条物理信道划分为成千上万条话路。频分复用技术能够提高信道的利用率。空分复用技术用于对存储空间的管理,用以提高存储空间的利用率。

异步

   在多道程序环境下,系统允许多个进程并发执行。在单处理机环境下,每次只允许一个进程执行,其余进程只能等待。当正在执行的进程提出某种资源要求时,如打印请求,而此时打印机正在为其它进程打印,由于打印机属于临界资源,因此正在执行的进程必须等待,并释放出处理机,直到打印机空闲,并再次获得处理机时,该进程方能继续执行。由于资源等因素的限制,使进程的执行通常都不可能“一气呵成”,而是以“停停走走”的方式运行。

引入OS的目的:
  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地、高效地运行,能最大程度地提高系统中各种资源的利用率,方便用户的使用。

习题

1.什么是操作系统?
   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,提高他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。

2.操作系统作用可以从哪几个方面表现?
(1)OS作为用户与计算机硬件系统之间的接口。
(2)OS作为计算机系统资源的管理者。
(3)OS实现了对计算机资源的抽象。

3.操作系统的主要目标是什么?
   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。其中方便性和有效性是设计os时最重要的两个目标。
4.批处理系统、分时系统、实时系统的目标分别是什么?
批处理系统的目标:
(1)平均周转时间短
(2)系统吞吐量高
(3)处理机利用率高
分时系统的目标是:
(1)响应时间快
(2)均衡性
实时系统的目标是:
(1)截止时间的保证
(2)可预测性

5.OS如何实现了对计算机资源的抽象?
   OS首先在裸机上覆盖一层I/O设备管理软件,实现了对计算机硬件操作的第一层次抽象;
   在第一层软件上再覆盖文件管理软件,实现了对硬件资源操作的第二层次抽象。OS 通过在计算机硬件上安装多层系统软件,增强了系统功能,隐藏了对硬件操作的细节,由它们共同实现了对计算机资源的抽象。
6.推动操作系统发展的主要动力有几个方面,分别是什么?
主要动力来源于五个方面:
(1)不断提高计算机资源的利用率。
(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)不断提出新的应用需求。
7.多道批处理系统需要解决的问题?
(1)处理机争用问题。
(2)内存分配和保护问题。
(3)I/O设备分配问题。
(4)文件的组织和管理问题。
(5)作业管理问题。
(6)用户与系统的接口问题。
8.多道批处理系统的形成发展的主要动力和优缺点分别是什么?
   推动多道批处理系统形成和发展的主要动力是提高资源利用率和系统的吞吐量。优缺点:
(1)资源利用率高。(2)系统吞吐量大。
(3)平均周转时间长。(4)无交互能力。
9.什么是硬实时任务和软实时任务?并试着举例说明。
   硬实时任务是指系统必须满足任务对截止时间的要求,否则可能出现难以预测的结果。举例:工业和武器的控制等。
   软实时任务是指它的截止时间并不严格,偶尔错过了任务的截止时间,对系统产生的影响不大。举例:信息查询系统。
10.OS的几大特征分别是什么?其最基本的特征是什么?
   并发性、共享性、虚拟性和异步性四个基本特征,最基本的特征是并发性。
11.微内核操作系统具有哪些优点?它为何能有这些优点?
(1)提高了系统的可扩展性。(2)增强了系统的可靠性。
(3)可移植性强。(4)提供了对分布式系统的支持。
(5)融入了面向对象技术。
12.微内核操作系统从哪四个方面进行描述。
(1)足够小的内核 。(2)基于客户/服务器模式。
(3)应用机制与策略分离原理。(4)采用面向对象技术。
13. 文件管理有哪些主要功能?其主要任务是什么?
   文件管理主要功能:文件存储空间的管理、目录管理、文件的读/写管理和保护。
   文件管理的主要任务:管理用户文件和系统文件,方便用户使用,保证文件安全性。
14. 内存管理有哪些主要功能?他们的主要任务是什么?
   内存管理的主要功能有:内存分配、内存保护、地址映射和内存扩充。
(1)内存分配:为每道程序分配内存。
(2)内存保护:确保每道用户程序都在自己的内存空间运行,彼此互不干扰。
(3)地址映射:将地址空间的逻辑地址转换为内存空间与对应的物理地址。
(4)内存扩充:用于实现请求调用功能,置换功能等。

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