操作系统1——OS的概述
1、操作系统的层级结构
2、操作系统（OS）的目标
- 方便性：提供良好的、一致的用户接口，弥补硬件系统的类型和数量差别，使计算机更容易使用。
- 有效性：使CPU、I/O设备和存储空间得到有效利用；管理和分配硬件、软件资源，合理地组织计算机的工作流程。
- 可扩充性：OS应采用层次化结构，以便于增加新的功能层次和模块，并能修改老的功能层次和模块。
- 开放性：遵循标准规范，方便地实现互连，实现应用的可移植性和互操作性。
3、操作系统的作用
1.OS处于用户与计算机硬件系统之间，用户通过OS来使用计算机系统
2.OS作为计算机统资源的管理者。OS的主要功能也正是针对这四类资源进行有效的管理，即：
1）处理机管理， 用于分配和控制处理机；
2）存储器管理，主要负责内存的分配与回收；
3）I/O设备管理，负责I/O设备的分配与操纵；
4）文件管理，负责文件的存取、共享和保护。
3.OS能把一台“裸机”改造成功能更强大、用户使用更方便灵活、更安全可靠的虚拟机。
4、操作系统的发展过程
1）无操作系统的计算机系统（人工操作的方式）：用户既是程序员，又是操作员；用户是计算机专业人员，输入输出：纸带或卡片。用户独占全机：不出现资源被其他用户占用，资源利用率低，CPU需要等待用户：计算前，手工装入纸带或卡片；计算完成后，手工卸取纸带。也就是有人机矛盾。就像慢羊羊一样慢，哈哈。
2）单道批处理系统：内存中只有一道程序运行，磁带上的一批作业能自动地逐个地依次运行，而无需人工干预。
单道批处理系统的特征：自动性，顺序性，单道性。
单道批处理系统的处理流程如下：
3）多道批处理系统：内存中同时存放几个作业，并允许并发执行。无序性，多个作业完成的先后顺序与它们进入内存的顺序之间无严格对应关系，例如：在当前运行的作业需作I/O处理时，CPU转而执行另一个作业。特性：多道性，无序性，调度性。
多道批处理的表示：
单道与多道程序运行情况：
单道与多道批处理的比较：
| 单道批处理 | 多道批处理 | |
| 内存中驻留程序数目 | 一道 | 多道 |
| 占用CPU的情况 | 独占 | 交替占用 |
| 是否需要作业和进程调度 | 不需要 | 需要 |
| 程序完成次序与其进入内存次序间的关系 | 严格对应 | 不严格对应 |
| 内存使用 | 每次一个作业 | 每次多个作业(充分利用内存) |
| 作业次序 | 顺序，先进先出 | 无确定次序 |
4）分时系统：把计算机的系统资源（尤其是CPU时间）进行时间上的分割，每个时间段称为一个时间片（time slice），每个用户依次轮流使用时间片。
分时系统可以同时接纳数十个甚至上百个用户，由于内存空间有限，往往采用对换（又称交换）方式的存储方法。即将未“轮到”的作业放入磁盘，一旦“轮到”，再将其调入内存；而时间片用完后，又将作业存回磁盘（俗称“滚进”、“滚出“法），使同一存储区域轮流为多个用户服务。
分时系统的特征：
多路性：共享系统资源，提高了资源利用率。节省维护开支，可靠性高。促进了计算机的普遍应用，提高资源利用率：远地用户通过终端（较便宜）。
独立性：每个用户一台终端，互不干扰，感觉像一个人独占计算机
及时性：用户请求应尽快得到响应
多路性：若干个用户同时使用一台计算机
独立性：用户之间可以相互独立操作，互不干扰。
及时性：系统可对用户的输入及时作出响应
交互性：用户可根据系统对请求的响应结果，进一步向系统提出新的请求。
5）实时系统：及时响应。每一个信息接收、分析处理和发送的过程必须在严格的时间限制内完成。高可靠性。需采取冗余措施，双机系统前后台工作，也包括必要的保密措施等。
6）网络操作系统：在各种计算机操作系统上，按网络体系结构协议标准开发的软件。包括网络管理、通信、安全、资源共享和各种网络应用。目标是：是相互通信及资源共享。
7）分布式操作系统：是一个统一的操作系统，资源进一步共享，透明性：资源共享与分布对用户是透明的。自治性：处于分布式系统的多个主机处于平等地位，无主从关系。处理能力增强、速度更快、可靠性增强。
8）嵌入式操作系统：在各种设备、装置或系统中，完成特定功能的软硬件系统。
典型嵌入式操作系统的特性：
- 完成某一项或有限项功能；不是通用型的。
- 在性能和实时性方面有严格的限制。
- 能源、成本和可靠性通常是影响设计的重要因素。
- 占有资源少、易于连接。
- 系统功能可针对需求进行裁剪、调整和生成，以便满足最终产品的设计要求。
5、操作系统的基本特征
并发：并发是指多个事件在同一时间段内发生。并行是指在同一时刻发生。操作系统是一个并发系统，各进程间的并发，系统与应用间的并发。操作系统要完成这些并发过程的管理。
共享：系统中的资源可供内存中多个并发执行的进程（线程）共同使用。
互斥共享：资源分配后到释放前，不能被其他进程所用。
同时访问（如可重入代码，磁盘文件）：即允许若干用户同时访问该文件。
虚拟：通过某种技术把一个物理实体变为若干个逻辑上的对应物，主要目的在于提高资源的利用率
异步性：指进程的执行顺序和执行时间的不确定性，多个进程并发执行，"时走时停"，不可预知每个进程的运行推进快慢
6、操作系统的主要功能
（1）处理机管理
- 进程控制：创建和撤销进程；
- 进程同步：对众多进程的运行进行协商
- 进程通信：进程之间的信息交换
- 进程调度：按照一定算法吧cup分配给进程
（2）存储器管理
- 内存分配：为每道程序分配空间：静态分配、动态分配
- 内存保护：每道用户程序都只在自己的内存空间内运行，彼此互不干扰
- 地址映射：多道程序下，进程装入内存后要由逻辑地址到内存物理地址进行变换。
- 内存扩充：借助于虚拟存储技术，从逻辑上去扩充内存容量
（3）设备管理
- 缓冲管理：匹配CPU和I/O设备的速度，提高利用率，缓解CPU和I/O设备速度不匹配矛盾
- 设备分配：针对不同类型设备采用不同策略分配I/O设备资源
- 设备处理：又称为设备驱动程序，实现CPU与设备控制之间的通信
（4）文件管理
- 文件存储空间的管理：解决如何存放信息，以提高空间利用率和读写性能，存储空间的使用情况，空间分配与回收。
- 目录管理：解决信息检索问题，能按名存取，目录项包括文件名、文件属性、文件在磁盘上的物理位置等。
- 文件的读/写管理.：根据用户请求，从外存中读取数据；或将数据写入外存。
- 文件保护：解决信息安全问题；防止未经核准的用户存取文件；防止冒名顶替存取文件；防止以不正确的方式使用文件。
（5）用户接口
提供友好的用户访问操作系统的接口。命令接口；程序接口；图形接口。
6、操作系统的结构设计
1、软件工程的基本概念
软件：是指当计算机运行时，能提供所要求的功能和性能的指令和程序的集合，以及该程序能够正确地处理信息的数据结构。规范的软件还应具有描述程序功能需求以及程序如何操作使用的文档。
软件工程：是指运用系统的、规范的和可定量的方法，来开发、运行和维护软件。目的是为了解决在软件开发中所出现的编程随意、软件质量不可保证以及维护困难等问题。
2、微内核OS结构
微内核OS：把操作系统分成若干分别完成一组特定功能的服务进程，等待客户提出请求；而系统内核只实现操作系统的基本功能。
微内核将更多操作系统功能放在核心之外，作为独立的服务进程运行；服务进程，如进程服务器、存储管理服务器、文件服务器客户进程（系统客户和应用客户）需支持多进程。
微内核所提供的功能，通常都是一些最基本的功能，如进程管理、存储器管理、进程间通信、 低级I/O功能。如：进程管理，存储器管理 ，进程通信管理 ，I/O设备管理。
目前市场上常见的系统：Microsoft公司的操作系统产品；UNIX家庭；OS/390；由软件中的操作系统：LINUX。
