1.1 操作系统的基本概念

一、操作系统的基本概念

1.计算机系统自上而下可大致分为4部分:硬件、操作系统、应用
程序和用户。

2.
(1)操作系统管理各种计算机软件,为应用程序提供基础,并充当计
算机硬件与用户之间的中介。
(2)硬件提供基本的计算资源。
(3)应用程序规定何种方式使用这些资源来解决用户的计算问题。

3.综上所述,操作系统是指控制和管理整个计算机系统的硬件与软
件资源,合理地组织、调度计算机的工作与资源的分配,进而为用
户和其他软件提供方便接口与环境的程序集合。操作系统是计算机
系统中最基本的系统软件。

二、操作系统的特征
1.并发:是指两个或多个事件在同一时间间隔内发生。在操作系统
中,引入进程的目的是使程序能并发执行。
	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,而在每个时刻,单处理机环境下实际仅能有一道程序执行,因此
微观上这些程序仍是分时交替进行的。操作系统的并发性是通过
分时得以实现的。
	并行性是指系统具有同时进行运算或操作的特性,在同一时刻
能完成两种或两种以上的工作。并行性需要相关硬件的支持。

2.共享: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。共享可以分为以下两种方式:
(1)互斥共享方式:当进程A访问某个资源时,必须先提出请求,若
此时该资源空闲,则系统便将之分配给进程A使用,此后有其他进程
也要访问该资源时(只要A未用完)就必须等待。仅当进程A访问完
并释放该资源后,才允许另一个进程对该资源进行访问,而把在这
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。

(2)同时访问方式:允许若干个用户同时访问该文件

	并发和共享是操作系统两个最基本的特征,两者之间互为存在
的条件:A.资源共享是以程序的并发为条件的,若系统不允许程序
并发执行,则自然不存在资源共享问题;B.若系统不能对资源共享
实施有效的管理,则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:是指把一个物理上的实体变为若干逻辑上的对应物。虚拟
处理器技术是通过多道程序设计技术,采用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,使每个终端用户都感觉有一个CPU在专门
为它服务。利用多道程序设计技术把一个物理上的CPU虚拟为多个
逻辑上的CPU,称为虚拟处理器。

	操作系统的虚拟技术可归纳为:时分复用技术,如处理器的分
时共享;空分复用技术,如虚拟存储器。

4.异步:躲到程序环境允许多个程序并发执行,但由于资源有限,
进程的执行并不是一贯到底的,而是走走停停的,它以不可预知的
速度向前推进,这就是进程的异步性。
	异步性使得操作系统运行在一种随机的环境下,可能导致进程
产生与时间有关的错误。然而只要运行环境相同,操作系统就必须
保证多次运行进程后都能获得相同的结果。

三、操作系统的目标和功能
	为了给多道程序提供良好的运行环境,操作系统应具有以下几
方面的功能: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,操作系
统可用来扩充机器,以提供更方便的服务、更高的资源利用率。
1.操作系统作为计算机系统资源的管理者
(1)处理机管理
	在多道程序环境下,处理机的分配和运行都以进程(或线程)
为基本单位,因而对处理机的管理可归结为对进程的管理。并发
是指在计算机内同时运行多个进程,因而进程何时创建、何时撤销
如何管理、如何避免冲突、合理共享就是进程管理的最主要的任
务。进程管理的主要功能包括进程控制、进程同步、进程通信、
死锁处理、处理机调度等。

(2)存储器管理
	存储器管理是为了给多道程序的运行提供良好的环境.方便
用户使用及提高内存的利用率,主要包括内存分配与回收、地址
映射、内存保护与共享和内存扩充等功能。

(3)文件管理
	计算机中的信息都是以文件的形式存在的,操作系统中负责
文件管理的部分称为文件系统,文件管理包括文件存储空间的管理
目录管理及文件读写管理和保护等。

(4)设备管理
	设备管理的主要任务是完成用户的I/O请求,方便用户使用各
种设备,并提高设备的利用率,主要包括缓冲管理、设备分配、设
备处理和虚拟设备等功能。

2.操作系统作为用户与计算机硬件系统之间的接口
(1)命令接口
	使用命令接口进行作业控制的主要方式有两种,即联机控制
方式和脱机控制方式。按作业控制方式的不同,可将命令接口分为
联机命令接口和脱机命令接口。
A.联机命令接口又称为交互式命令接口,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。用户通过控制台或终端输入
操作命令,向系统提出各种服务要求。用户每输入一条命令,控制
权就转交给操作系统的命令解释程序,然后由命令解释程序解释并
执行输入的命令,完成指定的功能。之后控制权转回到控制台或终
端m此时用户又可输入下一条命令。

B.脱机命令接口又称为批处理命令接口,适用于批处理操作系统,
它由一组作业控制命令组成。脱机用户不能直接干预作业的运行,
而应事先用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。系统调度到该作业时,由系统中的命令解释程
序逐条解释作业说明书上的命令,从而间接地控制作业的运行。

(2)程序接口
	程序接口由一组系统调用(也称广义指令)组成。用户通过在
程序中使用这些系统调用来请求操作系统为其提供服务,如使用
各种外部设备、申请分配和回收内存等各种要求。

3.操作系统用作扩充机器
	没有任何软件支持的计算机称为裸机,它仅构成计算机系统的
物质基础,而实际呈现在用户面前的计算机系统是经过若干层软件
改造的计算机。裸机在最里层,其外面是操作系统，操作系统所
提供的资源管理功能和方便用户的各种服务功能,将裸机改造成
功能更强、使用更方便的机器。因此我们通常把覆盖了软件的机器
称为扩充机器和虚拟机。