一、操作系统基础(一)——操作系统的基本概念与发展历程
考试大纲:1.操作系统的基本概念2.操作系统的发展历程3.程序运行环境1)CPU运行模式2)中断和异常的处理3)系统调用4)程序的链接与装入5)程序运行时内存映像与地址空间4.操作系统结构5.操作系统引导6.虚拟机。
考试大纲:
1.操作系统的基本概念
2.操作系统的发展历程
3.程序运行环境
1)CPU运行模式
2)中断和异常的处理
3)系统调用
4)程序的链接与装入
5)程序运行时内存映像与地址空间
4.操作系统结构
5.操作系统引导
6.虚拟机
1.操作系统的基本概念
1.1为什么需要操作系统
用户几乎不可能使用裸机。
1.2操作系统的概念
CPU是计算机硬件的核心。
操作系统是计算机软件的核心,是最基本的系统软件。
操作系统是用以控制和管理计算机系统资源,方便用户使用的程序和数据结构的集合。
1.3计算机系统部件
硬件、操作系统、应用程序、用户。
操作系统是硬件之上的第一层软件,是对硬件的首次扩充,也是其它软件运行的基础。
1.4操作系统的目标
1.执行用户程序并使用户问题更容易解决;
2.使计算机系统更易使用;
3.以一种有效率的方式使用硬件。
1.5操作系统的作用
1.管理计算机的硬件、软件资源;
2.是用户使用计算机硬件、软件的接口;(命令接口和程序接口)
3.是直接与硬件相邻的第一层软件,由大量及其复杂的系统程序和众多数据结构组成。
1.6操作系统的功能
1.6.1.处理机管理
完成处理机资源分配和调度等功能。
进程控制
进程调度
进程同步
进程通信
1.6.2.存储器管理
提高内存利用率,方便用户使用,提供足够的存储空间。
存储分配与回收
存储保护
地址重定位
内存扩充
1.6.3.设备管理
完成用户I/O请求,为用户分配I/O设备,提高CPU与I/O设备利用率,方便设备使用。
缓冲管理
设备分配与回收
设备处理
虚拟设备
设备独立性
1.6.4.文件管理
外存上信息资源“按名存取”。
存储空间管理
目录管理
文件存取控制
软件管理
1.6.5.用户接口
为用户提供使用计算机的接口。
作业级接口
程序级接口
1.7操作系统的特征
并发多个事件在同一时间段内发生(并行:同一时刻发生)。
共享多个进程共享有限的计算机系统资源。(两种方式:互斥共享、同时访问)
虚拟一个物理实体映射为若干个对应的逻辑实体——分时/分空间。
异步(不确定性)进程的执行顺序和执行时间的不确定性。
2.操作系统的发展历程
2.1手工操作
无操作系统。
工作方式:人工操作,用户是计算机专业人员。
编程语言:机器语言,使用I/O纸带或卡片。
缺点
1.用户独占全机,设备利用率很低;
2.CPU等待用户(手工插卡片)。
脱机I/O:使用磁带作为输入/输出中介。
2.2单道批处理系统
运行特征
顺序性、单道性、自动性。
优点
减少了CPU的空闲时间,提高了主机CPU和I/O设备的使用效率,提高了吞吐量。
缺点
CPU和I/O设备使用忙闲不均。
2.3多道批处理系统
运行特征
多道性、无序性、调度性。(宏观上并行,微观上串行)
优点
资源利用率高;
系统吞吐量大。
缺点
无交互能力,用户相应时间长;
作业平均周转时间长。
所用技术
作业调度
资源共享
内存使用
内存保护
2.4分时系统
分时:多用户共享一台主机,多程序共享硬件和软件资源。
分时技术:把CPU时间分成若干大小相等/不等的时间单位。
特点
1.多路性
2.独占性(用户感觉独占计算机)
3.交互性(与计算机会话)
4.及时性(快速响应)
2.5实时系统
具有严格确定的时间限制的操作系统,对实时性要求高,专用性强。
分为硬实时系统和软实时系统。
与批处理系统和分时系统的区别
专用系统 批处理和分时系统通常是通用系统。
实时控制,对外部事件迅速响应,有较强的中断处理机构。
高可靠性
实时系统工作方式:接收外部消息、分析消息,调用相应处理程序进行处理。
可与通用系统结合成通用实时系统
2.6并行系统
有紧密通信、多于一个CPU的多处理器系统。(属于紧耦合系统)
包括对称处理器和非对称处理器
优点
吞吐量大
经济
可靠
2.7分布式系统
计算分布在若干物理处理器上(松散耦合)。(分布和并行)
优点
资源共享
加快计算
可靠
可通信
2.8网络操作系统
在通常操作系统的功能上提供网络通信和网络服务功能。
2.9嵌入式系统
在各种设备、装置或系统中,完成待定功能的软硬件系统。
被嵌入在各种设备、装置或系统中。
2.10个人操作系统
目前使用最广泛,常见:Windows, Linux, MacOS.
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