1.オペレーティングシステムの概念
1.定義
オペレーティングシステムは大規模なプログラムシステムであり、コンピュータのすべてのソフトウェアおよびハードウェアリソースの割り当てとスケジューリングを担当し、複数のタスクのアクティビティを制御および調整し、情報へのアクセスと保護を実現します。これは、ユーザーが良好な作業環境を取得できるようにするためのユーザーインターフェイスを提供します。
オペレーティングシステムのコンピュータシステムのコアソフトウェアは、さまざまな機能特性に応じてオペレーティングシステムに分割することができますマルチパスバッチ処理システム、パソコンシステム、ネットワークオペレーティングシステム、分散オペレーティングシステム
（システムコールの目的は、システムサービスを要求することです）
- マルチパスバッチ処理システム：システムのスループットと効率を向上させます（欠点：対話性の喪失）
- リアルタイムオペレーティングシステム：システムリソースのリアルタイムスケジューリング（目標は迅速に対応することです）
- ネットワークオペレーティングシステム：
- 分散オペレーティングシステム：
- タイムシェアリングオペレーティングシステム：機能（適時性、独占性、双方向性）
Unixタイムシェアリングオペレーティングシステム：タイム
シェアリングオペレーティングシステムでは、タイムスライスが固定されており、ユーザーが多いほど応答時間が長くなります。
からマルチパスバッチ処理の機能はありません
2.目標
利便性：OSを構成した後のコンピュータシステムは使いやすくなります
有効性：リソース使用率の向上、システムスループットの向上
スケーラビリティ：OSde構造（階層構造：非構造化開発->モジュラーラピッド構造->階層構造->マイクロカーネル構造など）
オープン性：OSは世界標準の範囲に従います。
3.機能
- ユーザーとコンピューターシステムのハードウェアインターフェイス（API / CUI / GUI）の間のOS
- OSは、コンピューターシステムリソース（プロセッサー、メモリ、I / Oデバイス、ファイル）のマネージャーです。
- OSはコンピュータリソースの抽象化を実現します（OSは拡張マシン/仮想マシンです）
4.オペレーティングシステムの機能：
プログラムの同時実行、リソース共有、独立性、非同期
。5。開発
VLSLの開発に伴い、コンピューターハードウェアが急速に開発され、オペレーティングシステムとオペレーティングシステムに高い要件が課せられています。プロセッサ、メモリ、機器、ファイルなどのコンピュータシステムのリソースを管理する責任があります
プロセッサー管理は、プロセッサーの割り当てと制御に使用されます
メモリ管理は、メモリの割り当てと回復を担当します
I / Oデバイス管理は、I / Oデバイスの割り当て（リサイクル）と操作を担当します。
ファイル管理は、ファイルアクセス、共有、保護を実現するために使用されます
6.最新のオペレーティングシステムの基本的な特性：プログラムの同時実行、リソース共有、および非同期操作
7.オペレーティングシステムの実例。
コンピュータ予約システムはネットワークオペレーティングシステムをインストールする必要があります。
コンピュータ言語システム学習は時間共有オペレーティングシステムをインストールする必要があります。
8.オペレーティングシステムの実装に必要なハードウェアサポートは次のとおりです。アドレス変換メカニズム、割り込み転置ストレージ保護メカニズム
9.タイムシェアリングシステムは、マルチプログラム設計テクノロジを使用する必要があります割り込み処理端末コマンドインタプリタシステムコール
10.CPUとサポート周辺機器並列動作ハードウェアは、チャネル、割り込み、およびバッファをサポートします
。11。特権命令がオフになり、割り込みが管理状態の再起動に変更され
ます。12。オペレーティングシステムのコアファイルシステム。デバイス管理。メモリ管理。CPU管理
。13 。オペレーティングシステムの設計の目標：
スケーラビリティ。、オープン性、利便性、有効性
14.ユーザーはコマンドモードでシステムを呼び出すことができます。グラフィカルウィンドウ
インターフェイス：ユーザーインターフェイス、プログラムインターフェイスオフラインユーザーインターフェイスグラフィカルユーザーインターフェイス（GUI）
15。オペレーティングシステムは、制御および管理コンピュータのグループです。ハードウェアおよびソフトウェアリソースさまざまなジョブとユーザーに便利なプログラムのコレクションを合理的にスケジュールします。16。
リソース共有の2つの方法は相互に排他的で共有されます。同時アクセス
。17。1つのプロセスのみは一定期間内にリソースにアクセスできます。クリティカルリソース
18と呼ばれます。オペレーティングシステムでは、時間分割多重化と空間分割多重化の2つの仮想テクノロジを実現する方法が使用されます。
2.オペレーティングシステムの開発プロセス
1.オペレーティングシステムのないコンピュータシステム（1940年代の手動操作段階）
- 手動操作モード：ユーザーがマシン全体を独占し、リソースがアイドル状態で無駄になります。
手動のロードとアンロード、手動の判断、手動の変更、およびメモリコマンドのデバッグにより、CPUはアイドル状態になります。事前に完了すると、残りの予約時間内にCPUが完全にアイドル状態になります
。CPUのアイドル待機時間は、速度が遅いために発生します。I / OデバイスとCPU速度 - オフラインI / Oモード。CPUのアイドル時間
を短縮し、I / O速度を向上させます
2.シングルチャネルバッチ処理システム（50年代）
- 問題を解く：
シングルパスバッチ処理システムは、人と機械の矛盾やCPUとI / O機器の速度の不一致を解決する過程で形成されます。バッチ処理システムは、システムリソースの使用率とシステムのスループットを向上させることを目的としています。（ただし、シングルチャネルバッチ処理システムはまだリソースを十分に活用できないため、現在はほとんど使用されていません。）
シングルチャネルバッチ処理は、オンラインバッチ処理、オフラインバッチ処理に分けられます。
オンラインバッチ処理：CPUがジョブを直接制御します。入力と出力の
オフラインバッチ処理：周辺機器によるジョブの入力と出力を制御します
- 短所：
システムリソースの使用率が低い（メモリ内のプログラムが1つしかないため、I / O要求が成功するまでCPUはアイドル状態です）
- 特徴
- 自動性。通常の状況では、ジョブのバッチは、手動で前処理することなく、順番に自動的に実行できます。
- 一連の。各ジョブは順番にメモリに入力され、
- FCFSシングルパス。メモリには常に1つのジョブしか存在できません。
3.マルチチャネルバッチ処理システム（1960年代初頭）
目的：リソース使用率とシステムスループットをさらに向上させるため
このシステムでは、ユーザーが送信したすべてのジョブが最初に外部メモリに格納されます。ジョブAがI / O要求を実行しているとき、CPUはアイドル状態です。このとき、CPUがアイドル状態にならないようにジョブBが呼び出されます。同様に、特定のアルゴリズムに従ってジョブを呼び出して、CPUがアイドル状態になるのを防ぎます。注
利点：
高いリソース使用率
高いシステムスループット
不利益：
長い平均ターンアラウンドタイム（ジョブのターンアラウンドタイムとは、ジョブがシステムに入ってから完了してシステムを出るまでの時間を指します。）対話型機能なし
総括する：
- マルチチャネル：メモリ内に同時に複数のジョブがあります
- 巨視的に並列：メモリ内で同時に複数のプログラムが実行されています。一定の期間内に、各プログラムはさまざまな程度に進みます。
- 微視的にシリアル：最大で1つのジョブが常にCPUを占有し、複数のプログラムが交互にCPUを使用します
4.解決すべき問題：
| プロセッサ管理の問題 | メモリ管理の問題（メモリの割り当てと保護） |
|---|---|
| I / Oデバイス管理の問題 | ドキュメント管理の問題（ドキュメントの整理と管理） |
| ジョブ管理の問題 | ユーザーとシステム間のインターフェイス（OSは、ユーザーの操作を容易にするために、ユーザーとOS間のインターフェイスも提供する必要があります） |
5.タイムシェアリングシステム（1960年代半ば）
タイムシェアリングシステムとは、モニターとキーボードを備えた複数の端末をホストに接続することを指し、同時に、複数のユーザーが自分のキーボードを使用してコンピューターをインタラクティブに使用し、ホスト内のリソースを共有できるようにします。
重要な問題：
| タイムリーな受信（マルチチャネルカードとバッファ） | ジョブは直接メモリに送られ、ジョブがプロセッサを長時間占有することはできません。 |
|---|---|
| リアルタイム処理（分割されたタイムスライス） | 複数のユーザーがタイムシェアリングでホストを使用し、各ユーザーにタイムスライスが割り当てられます。このタイムスライスが使い果たされると、オペレーティングシステムはプロセッサを別のユーザーに割り当てます。このサイクルでは、各ユーザーは定期的に使用権を取得できます。 CPU。すべてのユーザーは排他的なCPUの感覚を持っています。 |
特徴：
| マルチプレックス | 同じホストが複数の端末に接続できるようにする |
|---|---|
| 独立 | 各ユーザーは端末を所有しており、各ユーザーは他のユーザーの存在を感じることはできません。 |
| 適時性 | ユーザーの要求へのタイムリーな応答 |
| 双方向性 | さまざまなマンマシン会話を行うことができます |
6.リアルタイムオペレーティングシステム（1960年代半ば）
-
概念：システムは、外部イベント要求にタイムリーに応答し、指定された時間内にイベントの処理を完了し、調整された方法で実行されるようにすべてのリアルタイムタスクを制御できます。
-
特徴：
マルチプレックス
- リアルタイム処理システムの場合、システムはタイムシェアリングの原則に従って複数の端末にサービスを提供します。
- リアルタイム制御システムの場合、システムは多くの場合、複数のオンサイト情報を収集し、複数のオブジェクトまたは複数のアクチュエータを制御します。
独立
- リアルタイム処理システム。各端末ユーザーは、互いに独立してリアルタイムシステムにサービス要求を行います。
- リアルタイム制御システム、情報の収集とオブジェクトの制御は互いに干渉しません。
適時性（開始期限/終了期限）
双方向性（専用サービスプログラムへのアクセスに限定）
信頼性（システムとデータのセキュリティを確保するためのマルチレベルのフォールトトレランス対策）
7.マイクロコンピューターのオペレーティングシステム
シングルユーザーシングルタスクオペレーティングシステム：CP / M（75年）、MS-DOS（81年）。
シングルユーザーマルチタスクオペレーティングシステム：OS / 2（87年）、MS WINDOWS（90年Windows 3.0）。
マルチユーザーマルチタスクオペレーティングシステム：UNIX（70年）
8。マルチプロセッサオペレーティングシステム
9.ネットワークオペレーティングシステム
3、オペレーティングシステムの基本的な特性
1.並行性
- これは、2つ以上のイベントが同じ時間間隔内に発生することを意味します。
- 一定期間内に、各ジョブはさまざまな程度に進むことができます。ただし、任意の時点で、CPUを占有できるチャネルは1つだけです。
- シリアル：一度に1つのジョブのみをメモリに配置でき、他のジョブは、完全に実行された後にのみメモリ内で実行できます。
- 並列：複数のCPUがある環境では、複数のジョブがメモリに配置されます。任意の時点で、複数のジョブが異なるCPUで同時に実行される場合があります。
2.共有
システム内のリソース（ハードウェアリソースと情報リソース）は、プログラムの1つによって独占されるのではなく、同時に実行される複数のプログラムによって使用できます。リソース共有には、相互に排他的な共有（クリティカル/排他的なリソース）アクセスと同時アクセスの2つの方法があります。
3.仮想
仮想性は、物理エンティティを複数の論理的な対応物に変換する、または複数の物理的なエンティティを論理的な対応物に変換する管理テクノロジです。仮想テクノロジーを使用する目的は、ユーザーに使いやすく、便利で効率的な操作環境を提供することです。
| CPU | マルチプログラミング技術/ユーザーごとの「仮想処理機」（プロセス） |
|---|---|
| メモリ | 各プロセスが占めるアドレス空間（命令+データ+スタック） |
| I / Oデバイス | プリンター、マルチウィンドウまたは仮想端末 |
4.非同期
マルチプログラム環境では、複数のプログラムを同時に実行できますが、リソースが限られているため、プロセスの実行に一貫性がありません。しかし、停止して予測できないペースで前進します。これがプロセスの非同期性です。
第四に、オペレーティングシステムの主な機能
1.プロセッサ管理機能：プロセス制御、プロセス同期、プロセス通信、スケジューリング（ジョブスケジューリング、プロセススケジューリング）
2.メモリ管理機能：メモリ割り当て、メモリ保護、ストレージ拡張、アドレスマッピング
3.機器管理機能：バッファ管理、機器割り当て、機器処理
4.ファイル管理機能：ファイルストレージスペース管理、ディレクトリ管理、ファイル読み取り/書き込み管理および保護
5.オペレーティングシステムとユーザー間のインターフェイス：コマンドインターフェイス、プログラムインターフェイス、グラフィカルインターフェイス
6.最新のOSの新機能：
システムセキュリティ：データの機密性、完全性、可用性を確保するために、一般的に使用される技術：認証技術、パスワード技術、アクセス制御技術、アンチウイルス技術
ネットワーク機能およびサービス：ネットワーク通信、リソース管理、アプリケーションの相互運用性、
のサポートマルチメディア
5、オペレーティングシステムの構造設計
従来のオペレーティングシステムの構造
非構造化OS
モジュラーOS構造
レイヤードOS構造
最新のOS構造-マイクロカーネル構造