操作系统的定义
- 操作系统是一个系统软件，负责 有效 管理软硬件，合理 组织工作流程，向用户提供各种服务和功能。
操作系统的特征
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并发性 （宏观上各个程序并发执行）
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共享性（多个用户程序共享软硬件资源）
共享方式分为 互斥共享 和 同时共享
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随机性 （运行的环境、事件的发生是随机的）
操作系统的功能
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进程管理
进程控制（创建、撤销、状态转换）
进程同步，进程间通信，进程调度
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存储管理
- 内存的分配与回收
- 不同进程间的数据隔离（存储保护）
- 结合内存和外存（内存扩充）
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文件管理
- 存储空间的管理
- 目录管理
- 文件系统安全性
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设备管理
- 中断处理
- 错误处理
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用户接口
操作系统的分类
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批处理操作系统
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流程自动化，资源利用率高
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分用户模式（目态）与特权模式（管态）
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输入输出、停机等指令为特权指令，由监控程序执行
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用户程序通过系统调用执行特权指令
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系统调用
- 发生中断 / 异常，控制流程交给监控程序
- 处理器变为特权模式
- 由监控程序执行代码
- 恢复系统调用前现场，处理器恢复为用户模式，将控制权交还用户程序
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SPOOLing（假脱机技术）
- 主机从磁盘读取任务，管理员将任务写进磁盘
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分时系统
- 连接多个终端，以时间片轮转的方式处理请求
- 特点
- 多路性，交互性，独占性（使用者感受不到其他用户的存在）
- 及时性（系统实时给予反馈）
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实时操作系统
- 在规定时间内及时响应
- 分为硬实时（严格）与软实时
- 功能
- 实时时钟管理（定时执行任务，触发中断执行任务）
- 过载防护
- 高可靠性
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个人计算机操作系统
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网络操作系统
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分布式操作系统
- 是一个统一的系统，所有主机使用的是同一个系统
- 资源深度共享，任务可以从一台主机迁移到另一台主机执行
- 透明性（屏蔽了硬件细节，用户眼中是一台主机）
- 自治性（没有主从关系，一台主机的失效一般不影响整个系统）
- 集群是分布式系统中的一种，一般由一群处理器密集构成，可以用低成本的硬件来构建
操作系统的结构
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整体式结构
- 早期的设计结构，将系统功能不断分解至单一功能，通过接口连接各模块
- 结构紧密，接口简单，系统效率高
- 模块组合法
- 数据作为全局量使用
- 由于基于大型数据表，常常需要全局中断，导致系统并发性差
- 模块之间转接随便，互相牵连，独立性差，结构不清晰
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层次结构
- 将系统功能分层实现，各层之间单向依赖，单向调用
- 可以方便的替换掉其中一层，不影响其他层
- 分层方式
- 中断处理、输入输出、BIOS 作为最底层
- 包括各种作业方式（批处理、分时处理等）的实现作为中间层
- 语言解释器，用户接口作为顶层
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微内核（客户机 - 服务器）结构
- 适用于分布式环境
- 内核运行在核心态，提供线程调度，虚拟存储，消息传递，设备驱动，原语操作集，中断处理功能
- 内核采用层次结构，实现基本的操作系统，提供很小的功能集合
- 以 C-S 结构运行的进程层，在用户态运行，分为若干个独立进程，实现一组服务，称服务进程
- 用户应用与服务进程运行于同一层
- 可靠、灵活、但大量通信导致系统效率较低