操作系统概述

Posted 2020-08-15 Ant-double

1、操作系统的特征

操作系统是一种系统软件，但与其他的系统软件和应用软件有很大的不同，它有自己的特殊性即基本特征。有并发、共享、虚拟、异步

1）并发 Concurrence：并发是指两个或多个事件在同一时间间隔内发生，操作系统的并发性是指计算机系统同时存在多个运行者的程序，因此它具有外理和调度多个程序的同时执行的能力，在操作系统中引入进程的目的就是使程序能并发执行。

注意：同一时间间隔（并发）和同一时刻（并行）的区别。在多道程序环境下，一段时间内，宏观上有多道程序在同时执行，而在每一时刻，单处理机环境下实际仅能有一道程序执行，帮微观上这些程序还是在分时的交替执行。操作系统的并发是通过分时得以实现的。

并行就是指系统具有可以同时进行运算或操作的特性，在同一时刻完成两种或两种以上的工作，并行性需要有相关的硬件的支持，如多流水线和多处理机的硬件环境。

2）共享sharing: 资源共享即共享，是指系统中的资源可供内存中多个并发执行的进程共同使用。共享可分为以下两种方式：

（1）互斥共享方式

系统中的某些资源，如打印机、磁带机，虽然它们可以提供给多个进程使用，但为使用打印或记录的结果不造成混淆，应规定在一段时间内只台允许一个进程可以访问该资源。

我们把一段时间内只允许一个进程访问的资源称为临界资源或独占资源。计算机系统中的大多数物理设备，以及某些软件中所用的栈、变量和表格。都属性临界资源，它们要求被互斥的共享

（2）同时访问共享

系统中还有另一类资源，允许在一段时间内由多个进程进对它进行访问。这里所谓的同时往往是宏观上的，而在微观上，这些进程可能是交替地对该资源进行访问，即分时共享，典型的就是磁盘设备。一些重用的编写文件也可以被同时共享

并发和共享是操作系统 的两个最基本的特征，这两者之间又是互为条件的资源共享是以程序并发为条件的。若系统不允许程序并发执行，则自然不存在资源共享的问题，

若系统不能对资源共享实施有效的管理，也必将影响到程序的并发执行。甚至根本无法并发执行。

3）虚拟virtual是指把一个物理设备的实体变成若干个逻辑上对应物。物理实体是实的，即是实际存在的，而后者是虚的，用户感觉上存在的如虚拟处理器，虚拟内存，虚拟外部设备

在虚拟处理器技术中是通过多道程序设计技术，让多道 程序并发执行的方法，来分时使用一个处理器的，此时虽然 只有一个处理器，但它能同时为多个用户服务，使每一个终端用户都感觉自己有一个CPu专门为他服务，利用多道 程序把一个cpu虚拟多个

虚拟技术：时分复用技术，空分复用技术

4）异步Asynchronism

在多道 程序环境下，允许多个程序并发的执行，但由于资源有限，进程的执行不是一贯到底的，而是走走停停，以不可预知的速度 在前进，这就是进程的异步性

异步使用操作系统 运行在一种随机的环境下，可能导致的进程产生与时间有关的错误，（就像全局变量访问顺序会导致程序出错一样），但是只要运行环境机同，操作系统必须保证多次运行进程，都 得到机同的结果。

二/操作系统的目标和功能

功能：处理机管理、存储器管理，设备管理和文件管理，为了方便用户使用操作系统还必须向用户提供接口，同时可以用来扩充机器，以提供更方便的服务和更高的效率和利用率

1）操作系统 是计算机系统资源 的管理者

（1）处理机管理，在多道 程序下处理机的分配和运行都以进程为基本单位，因而对处理机的管理可以归结为对进程的管理，并发时在计算机内同时运行多个进程，所以进程的何时创建，何时撤消，如何管理，如何避免冲突，合理共享就是进程管理的主要任务

进程管理的主要进程控制，进程同步，进程通信，死锁处理，处理机调度

（2）存储器管理

存储器管理是为了给多道程序运行提供一个良好的环境，方便用户使用以及提高内存的利用率，主要包括布存的分配，地址映射，内存保护与共享及内存的扩充

（3）文件管理

计算机中的信息都是以文件的方式存在的，操作系统中负责文件管理的部分称为文件系统，文件存储空间的管理，目录的管理以及文件读写管理和保护

（4）设备管理

就要任务是完成用户的I/o操作，方便用户使用各种设备并提高设备的利用率，这要包括缓冲管理，设备分配，设备处理和虚拟设备等

2）操作系统作为用户与计算机硬件之间的接口

为了方便用户使用计算机，操作系统还提供了用户接口。操作系统提供的接口主要分为两类：

一类是命令接口，用户利用这些操作命令来组织和控制作业的执行；

另一类就是程序接口，编程人员可以利用它们来请求操作系统服务

（1）命令接口

有两种一种是联机控制方式另一种是脱机控制方式。

联机命令接口又称交互式命令接口，适用于分时或实时系统的接口，它由一组键盘操作命令组成。用户通过命令台或控制终端输入操作命令，向系统提出各种服务要求用户输入完一条命令，控制权就转入操作系统的命令解释程序，然后由命令解释程序对输入的命令解释并执行，完成指定的功能，之后，控制权又转回控制台或终端，此时用户又可以输入下一条命令

脱机命令接口又称脱机批处理接口，即适于批处理系统，它由一组作业控制命令或作业控制语句组成，脱机用户不能直接干预作业的执行，应事先相应的作业控制命令写成一份作业操作说明书，连同作业一起提交给系统，当系统调度到了该作业的时候，系统中的命令解释程序对作业说明书上的命令或控制语句逐条解释执行，从而间接地控制作业的运行。

（2）程序接口

程序接口是由一组系统调用命令（系统调用也称广义指令）组成。用户通过在程序 中使用这些系统调用命令来请求操作系统为其提供服务，用户在程序 中可以直接使用这组系统调用命令向系统提出各种服务请求，如使用各种设备进行有关的磁盘文件的操作，申请 分配和回收内存以及其他的各种控制要求

而当前最流利的就是图形用户界面（GUI)即图形接口，用户通过鼠标和键盘在图形界面上单击或使用快捷键能很方便的使用操作系统，有些系统提供了上述三种接口，但GUI最终是通过调用程序接口实现的，严格的说GuI图形接口不属于操作系统的一部分，但图形接口所调用的系统命令属于操作系统的一部分

3）操作系统用做扩充机器 

没有任何软件 的叫裸机，是计算机的物理基础，覆盖了软件的机器称为扩充机器，也叫虚拟机