操作系統(tǒng)的功能是進(jìn)行處理機(jī)管理、( 存儲(chǔ)器 )管理、設(shè)備管理及文件管理。
操作系統(tǒng)是一組( 資源管理? )程序。
操作系統(tǒng)的目標(biāo)：
1、方便性（用戶的觀點(diǎn)）：
? ? ? 使計(jì)算機(jī)系統(tǒng)更容易使用。
2、有效性（系統(tǒng)管理人員的觀點(diǎn)）：
? ? ? 提高資源利用率，提高系統(tǒng)吞吐量。
3、可擴(kuò)充性（開放的觀點(diǎn)）：
? ? ? 便于增加新的功能和模塊
4、開放性 ：系統(tǒng)能支持世界標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范。
操作系統(tǒng)（Operating System）的作用：
一、OS作為用戶與計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)之間的接口
二、OS作為計(jì)算機(jī)系統(tǒng)資源的管理者,管理對(duì)象包括：
CPU、存儲(chǔ)器、I/O設(shè)備、文件（數(shù)據(jù)和軟件）；
管理的內(nèi)容：
資源的當(dāng)前狀態(tài)（數(shù)量和使用情況）、
資源的分配、回收和訪問操作，
相應(yīng)的管理策略（包括用戶權(quán)限）。
三、OS實(shí)現(xiàn)了對(duì)計(jì)算機(jī)資源的抽象
在裸機(jī)上添加：處理機(jī)管理（針對(duì)CPU） 、存儲(chǔ)管理（針對(duì)內(nèi)存和外存） 、設(shè)備管理、文件管理；
把覆蓋了軟件的機(jī)器稱為擴(kuò)充機(jī)或虛擬機(jī)。
合理組織工作流程：作業(yè)管理、進(jìn)程管理
四、I/O軟件隱藏了I/O操作實(shí)現(xiàn)的細(xì)節(jié)（透明）
程序接口是程序員在編寫程序時(shí)利用操作系統(tǒng)所提供功能的方法，可以在高級(jí)語(yǔ)言和匯編語(yǔ)言中使用。
軟件的開發(fā)依賴于操作系統(tǒng)。開發(fā)軟件必需在一定的操作系統(tǒng)環(huán)境下進(jìn)行，操作系統(tǒng)所能提供的功能支持在一定程度上決定軟件開發(fā)的難易程度。
單道批處理系統(tǒng)的處理過程：
利用磁帶把若干個(gè)作業(yè)分類編成作業(yè)執(zhí)行序列，
（作業(yè)【job】：用戶在一次運(yùn)算過程中要求計(jì)算機(jī)所做的全部工作的總和）作業(yè)的基本類型：脫機(jī)作業(yè)和聯(lián)機(jī)作業(yè)
批處理中的作業(yè)的組成：用戶程序、數(shù)據(jù)、業(yè)說明書（作業(yè)控制語(yǔ)言）
任務(wù)（task）：計(jì)算機(jī)的基本工作單元，每個(gè)應(yīng)用程序被稱作一個(gè)任務(wù)。
每批作業(yè)由一個(gè)專門的監(jiān)督程序（Monitor）自動(dòng)依次處理。
可使用匯編語(yǔ)言開發(fā)。
在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中安裝一個(gè)監(jiān)控程序Monitor,特點(diǎn)：自動(dòng)性、順序性、單道性。
監(jiān)督程序（monitor），它負(fù)責(zé)完成用戶程序的調(diào)入、啟動(dòng)運(yùn)行、輸出運(yùn)行結(jié)果等工作。核心內(nèi)容是給作業(yè)分配運(yùn)行控制權(quán)（即CPU的使用權(quán)）。
批處理是指系統(tǒng)對(duì)作業(yè)的處理都是成批進(jìn)行的。若內(nèi)存中始終只保持一道作業(yè)，稱為單道批處理系統(tǒng)（simple batch system）
多道批處理系統(tǒng)概念
內(nèi)存中同時(shí)存放多道程序，交替執(zhí)行，共享軟硬件資源，提高ＣＰＵ的利用率。
多道批處理系統(tǒng)的特征：用戶脫機(jī)使用計(jì)算機(jī)，成批處理，多道程序處理
多道性：內(nèi)存存放多個(gè)作業(yè)、宏觀上并行，微觀上串行；共享資源
調(diào)度性：作業(yè)調(diào)度（后備隊(duì)列）、進(jìn)程調(diào)度
無序性：作業(yè)先進(jìn)入內(nèi)存未必先執(zhí)行結(jié)束
優(yōu)點(diǎn)：
資源利用率高：CPU和內(nèi)存及io利用率較高；
系統(tǒng)吞吐量大：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)完成的工作總量大；
缺點(diǎn)：
平均周轉(zhuǎn)時(shí)間長(zhǎng)：作業(yè)的周轉(zhuǎn)時(shí)間顯著增長(zhǎng)；
無交互能力。用戶一旦把作業(yè)提交給系統(tǒng)，直至作業(yè)完成，用戶都不能與自己的作業(yè)進(jìn)行交互，修改和調(diào)試程序極不方便。
多道程序系統(tǒng)的出現(xiàn)標(biāo)志著操作系統(tǒng)漸趨成熟，是現(xiàn)代操作系統(tǒng)的基礎(chǔ)。
多道批處理系統(tǒng)需要解決的問題：處理機(jī)管理、內(nèi)存管理、I/O管理、文件管理、作業(yè)管理、接口問題
分時(shí)系統(tǒng)
時(shí)間片，各個(gè)程序在CPU上執(zhí)行的輪換時(shí)間
分時(shí)是指多個(gè)用戶分享使用同一臺(tái)計(jì)算機(jī)。多個(gè)程序分時(shí)共享硬件和軟件資源。
分時(shí)系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)方法
交互式作業(yè)直接進(jìn)入內(nèi)存
以分配時(shí)間片方式實(shí)現(xiàn)
分時(shí)操作系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)
人機(jī)交互性好：
共享主機(jī)：
用戶獨(dú)立性：
分時(shí)系統(tǒng)的特征
多路性：多用戶宏觀上同時(shí)使用，微觀上輪轉(zhuǎn)
獨(dú)立性：用戶感覺到自己獨(dú)占計(jì)算機(jī)
及時(shí)性：快速處理
交互性：用戶與計(jì)算機(jī)之間可進(jìn)行“會(huì)話”
實(shí)時(shí)系統(tǒng)
要求：響應(yīng)時(shí)間短，在一定范圍之內(nèi)；系統(tǒng)可靠性高。
實(shí)時(shí)系統(tǒng)指系統(tǒng)能及時(shí)響應(yīng)外部事件的請(qǐng)求，在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)完成對(duì)該事件的處理，并控制所有實(shí)時(shí)任務(wù)協(xié)調(diào)一致的運(yùn)行。
實(shí)時(shí)系統(tǒng)的類型
(1) 工業(yè)(武器)控制系統(tǒng)。 (2) 信息查詢系統(tǒng)?！ ?3) 多媒體系統(tǒng)。 (4) 嵌入式系統(tǒng)。
實(shí)時(shí)任務(wù)類型
按任務(wù)執(zhí)行是否呈現(xiàn)周期性來劃分
周期性的和非周期性的
根據(jù)對(duì)截止時(shí)間的要求來劃分
硬實(shí)時(shí)任務(wù)和軟實(shí)時(shí)任務(wù)
1.單用戶單任務(wù)操作系統(tǒng)
CP/M
MS-DOS
2.單用戶多任務(wù)操作系統(tǒng)
單用戶多任務(wù)操作系統(tǒng)的含義是，只允許一個(gè)用戶上機(jī)，但允許用戶把程序分為若干個(gè)任務(wù)，使它們并發(fā)執(zhí)行，從而有效地改善了系統(tǒng)的性能。
3.多用戶多任務(wù)操作系統(tǒng)
允許多個(gè)用戶通過各自的終端，使用同一臺(tái)機(jī)器，共享主機(jī)系統(tǒng)中的各種資源，而每個(gè)用戶程序又可進(jìn)一步分為幾個(gè)任務(wù)，使它們能并發(fā)執(zhí)行，從而可進(jìn)一步提高資源利用率和系統(tǒng)吞吐量。
多任務(wù)是指用戶可以在同一時(shí)間內(nèi)運(yùn)行多個(gè)應(yīng)用程序,每個(gè)應(yīng)用程序被稱作一個(gè)任務(wù)。
DOS是一個(gè)典型的字符界面的單用戶單任務(wù)操作系統(tǒng)，16位。
Linux是UNIX的變種，是一個(gè)源代碼開放的，多用戶多任務(wù)操作系統(tǒng)。
Windows是一個(gè)圖形界面的單用戶多任務(wù)操作系統(tǒng)，32位。
WindowsNT及Windows2003、Windows server都屬于多用戶多任務(wù)操作系統(tǒng)
操作系統(tǒng)的基本特征
并發(fā)、共享、虛擬、異步
并行：兩或多個(gè)事件在同一時(shí)刻發(fā)生。
并發(fā)：兩或多個(gè)事件在同一時(shí)間間隔內(nèi)發(fā)生。
進(jìn)程：系統(tǒng)中能獨(dú)立運(yùn)行并作為資源分配的基本單位。
進(jìn)程的并發(fā)：
? 宏觀上多個(gè)任務(wù)同時(shí)運(yùn)行；微觀上多個(gè)任務(wù)在單個(gè)處理機(jī)上交替運(yùn)行；
共享：系統(tǒng)中的資源可供內(nèi)存中多個(gè)并發(fā)執(zhí)行的進(jìn)程共同使用
互斥共享：
? ? 一段時(shí)間只允許一個(gè)進(jìn)程訪問該資源
同時(shí)訪問：
資源共享性：
宏觀上，指多個(gè)任務(wù)可以同時(shí)使用資源；
微觀上，指多個(gè)任務(wù)可以交替互斥地使用系統(tǒng)中的某個(gè)資源。
虛擬:多道程序設(shè)計(jì)使每個(gè)用戶感覺是獨(dú)占計(jì)算機(jī)
通過某種技術(shù)把一個(gè)物理實(shí)體變?yōu)槿舾蓚€(gè)邏輯上的對(duì)應(yīng)物(分時(shí)或分空間)。
若n是某一物理設(shè)備所對(duì)應(yīng)的虛擬的邏輯設(shè)備數(shù)，則虛擬設(shè)備的速度必然是物理設(shè)備速度的1/n。
虛擬是操作系統(tǒng)管理系統(tǒng)資源的重要手段，可提高資源利用率。
時(shí)分復(fù)用技術(shù)---以時(shí)間為代價(jià)
虛擬處理機(jī) ：每個(gè)用戶（進(jìn)程）的"虛處理機(jī)"
虛擬設(shè)備：一臺(tái)物理設(shè)備可以虛擬為多臺(tái)邏輯設(shè)備
空分復(fù)用技術(shù)---以空間為代價(jià)
存儲(chǔ)器虛擬
? ? 小內(nèi)存運(yùn)行大進(jìn)程。
? ? 虛擬內(nèi)存
異步：也稱不確定性，指各進(jìn)程之間存在直接或間接地聯(lián)系，其執(zhí)行順序和執(zhí)行時(shí)間的不確定。
多道程序系統(tǒng)中，多個(gè)進(jìn)程并發(fā)執(zhí)行，“時(shí)走時(shí)?！?，
不可預(yù)知每個(gè)進(jìn)程的運(yùn)行推進(jìn)速度和花費(fèi)時(shí)間
正常系統(tǒng)的判段依據(jù)：
無論進(jìn)程快慢，同樣運(yùn)行環(huán)境應(yīng)該結(jié)果相同
－－通過進(jìn)程互斥和同步手段來保證
并發(fā)和共享是操作系統(tǒng)的兩個(gè)最基本的特征,兩者之間互為存在條件。
操作系統(tǒng)的·主要功能：處理機(jī)管理功能、存儲(chǔ)器管理功能、設(shè)備管理功能、文件管理功能。
【處理機(jī)管理要解決處理機(jī)分配調(diào)度策略、分配實(shí)施和資源回收等問題?！?/p>
【多道環(huán)境下，處理機(jī)的分配及回收都是以進(jìn)程為單位，因此處理機(jī)管理可歸結(jié)為進(jìn)程管理。】
進(jìn)程的控制：創(chuàng)建、撤銷、狀態(tài)轉(zhuǎn)換。一般由進(jìn)程的控制原語(yǔ)（原語(yǔ)：執(zhí)行的過程不能被打斷）完成。
進(jìn)程同步:協(xié)調(diào)系統(tǒng)中并發(fā)執(zhí)行的進(jìn)程
控制它們以互斥方式訪問共享資源
協(xié)調(diào)合作完成同一作業(yè)
進(jìn)程通信：負(fù)責(zé)完成進(jìn)程間的信息交換。
類型：直接通信、間接通信
調(diào)度：按照一定的算法進(jìn)行cpu分配
作業(yè)調(diào)度：從后備隊(duì)列挑選合適的作業(yè)，為其分配必要資源，調(diào)入內(nèi)存建立進(jìn)程，并進(jìn)入就緒隊(duì)列。
進(jìn)程調(diào)度：從就緒隊(duì)列中選出進(jìn)程，分配cpu，使之運(yùn)行。
處理機(jī)管理功能：進(jìn)程控制、進(jìn)程同步、進(jìn)程通信、調(diào)度。
存儲(chǔ)器管理
??????????? 內(nèi)存分配、內(nèi)存保護(hù)、地址映射、內(nèi)存擴(kuò)充
[
?將邏輯地址轉(zhuǎn)換為物理地址
?程序中，邏輯空間-》邏輯地址（相對(duì)地址）
?內(nèi)存中，物理空間-》物理地址（絕對(duì)地址）
]
{
?將內(nèi)、外存結(jié)合起來管理。利用虛擬存儲(chǔ)技術(shù)，從邏輯上擴(kuò)充內(nèi)存容量
?系統(tǒng)應(yīng)有：請(qǐng)求調(diào)入功能、置換功能以支持虛存技術(shù)
}
設(shè)備管理：
操作系統(tǒng)與用戶之間的接口
用戶接口：聯(lián)機(jī)用戶接口、脫機(jī)用戶接口、圖形用戶接口
程序接口：OS提供一組系統(tǒng)調(diào)用供用戶程序和其它系統(tǒng)程序調(diào)用，完成數(shù)據(jù)傳輸，文件操作，資源分配等操作。
表現(xiàn)為低級(jí)匯編指令和高級(jí)語(yǔ)言的庫(kù)函數(shù)
用戶程序要獲得系統(tǒng)幫助,必須通過系統(tǒng)調(diào)度 。
當(dāng)前比較流行的微內(nèi)核的操作系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，是建立在層次化結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上的，而且還釆用了客戶機(jī)/服務(wù)器模式和面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)技術(shù)
GUI:圖形用戶界面
操作系統(tǒng)是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中的一個(gè)系統(tǒng)軟件，它是這樣一些程序模塊的集合——它們管理和控制計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中的硬件及軟件資源，合理地組織計(jì)算機(jī)工作流程，以便有效地利用這些資源為用戶提供一個(gè)功能強(qiáng)大、使用方便和可擴(kuò)展的工作環(huán)境，從而在計(jì)算機(jī)與其用戶之間起到接口的作用。
多道程序設(shè)計(jì)：系統(tǒng)中允許多道程序同時(shí)準(zhǔn)備運(yùn)行。當(dāng)正在運(yùn)行的那道程序因?yàn)槟撤N原因（如等待輸入或輸出數(shù)據(jù)）暫時(shí)不能繼續(xù)運(yùn)行時(shí)，系統(tǒng)將自動(dòng)地啟動(dòng)另一道程序運(yùn)行；一旦原因消除，暫時(shí)停止運(yùn)行的那道程序在將來某個(gè)時(shí)候還可以被系統(tǒng)重新啟動(dòng)繼續(xù)運(yùn)行。
進(jìn)程是指，程序的一次執(zhí)行，包括可執(zhí)行的程序、程序所需的數(shù)據(jù)和相關(guān)狀態(tài)信息。進(jìn)程是資源分配的最小實(shí)體，在傳統(tǒng)的OS中，進(jìn)程同時(shí)也是系統(tǒng)調(diào)度的最小單位。
線程是指，程序的一次相對(duì)獨(dú)立的運(yùn)行過程；在現(xiàn)代OS中，線程是系統(tǒng)調(diào)度的最小單位。
統(tǒng)調(diào)用是操作系統(tǒng)提供的最基本的一級(jí)服務(wù)，供用戶程序調(diào)用。
多道批處理系統(tǒng)中，為了充分利用各類資源，系統(tǒng)總是優(yōu)先選擇計(jì)算量和IO量均衡的多個(gè)作業(yè)投入運(yùn)行，為了提高吞吐量，系統(tǒng)總是想方法縮短用戶作業(yè)的周轉(zhuǎn)時(shí)間。
推動(dòng)批處理系統(tǒng)形成和發(fā)展的動(dòng)力是提高系統(tǒng)資源利用率，推動(dòng)分時(shí)系統(tǒng)形成和發(fā)展的動(dòng)力是方便用戶。推動(dòng)微機(jī)系統(tǒng)發(fā)展的主要?jiǎng)恿κ怯?jì)算機(jī)硬件不斷更新?lián)Q代。
操作系統(tǒng)是一種系統(tǒng)軟件，它負(fù)責(zé)為用戶和用戶程序完成所有的與硬件相關(guān)與應(yīng)用無關(guān)的工作。
高級(jí)語(yǔ)言的編譯不是操作系統(tǒng)關(guān)心的主要問題。
在操作系統(tǒng)中采用多道程序設(shè)計(jì)技術(shù)，能有效提高cpu、內(nèi)存、和IO設(shè)備的利用率。為了實(shí)現(xiàn)多道程序設(shè)計(jì)需要更大的內(nèi)存。
在設(shè)計(jì)分時(shí)系統(tǒng)時(shí)，首先要考慮的是交互性和響應(yīng)時(shí)間，設(shè)計(jì)批處理系統(tǒng)時(shí)，首先要考慮的時(shí)周轉(zhuǎn)時(shí)間和系統(tǒng)吞吐量，設(shè)計(jì)實(shí)時(shí)系統(tǒng)時(shí)，要考慮的是實(shí)時(shí)性和可靠性。
分時(shí)系統(tǒng)的響應(yīng)時(shí)間主要是根據(jù)用戶所能接受的等待時(shí)間，而實(shí)時(shí)系統(tǒng)響應(yīng)時(shí)間是由控制對(duì)象所能接受的時(shí)延確定的。
對(duì)于批處理作業(yè)，必須提供相應(yīng)的作業(yè)控制信息。
在分時(shí)系統(tǒng)中，為方便多個(gè)用戶能夠同時(shí)與系統(tǒng)交互，系統(tǒng)必須能及時(shí)接受多個(gè)用戶的輸入。
1什么是操作系統(tǒng)？它有什么基本特征？
答：操作系統(tǒng)是為了達(dá)到方便用戶和提高資源利用率的目的而設(shè)計(jì)的，控制和管理計(jì)算機(jī)硬件和軟件資源，合理的組織計(jì)算機(jī)工作流程的軟件集合。
它具有并發(fā)、共享、虛擬、異步性四個(gè)基本特征。
2? 什么是操作系統(tǒng)的異步性（不確定性）？
不確定性指在操作系統(tǒng)控制下多道程序的執(zhí)行次序和每道程序的執(zhí)行時(shí)間是不確定的。
3.影響計(jì)算機(jī)系統(tǒng)性能的主要因素是什么?
? 影響計(jì)算機(jī)系統(tǒng)性能的主要因素分為軟件和硬件兩個(gè)方面:
? ? (1)硬件方面主要是指構(gòu)成計(jì)算機(jī)系統(tǒng)器件的性能和硬件的體系結(jié)構(gòu)，如存儲(chǔ)器的速度和容量、多處理機(jī)結(jié)構(gòu)、總線結(jié)構(gòu)等。
? ? (2)軟件方面主要是指操作系統(tǒng)，因?yàn)椴僮飨到y(tǒng)決定了硬件是否能被用戶使用、硬件的功能是否能發(fā)揮出來、其他軟件能否在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)上運(yùn)行。
4.一個(gè)操作系統(tǒng)能否管理任何種類的計(jì)算機(jī)?
操作系統(tǒng)是與計(jì)算機(jī)硬件關(guān)系最密切的軟件，負(fù)責(zé)管理計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的硬件資源。
不同種類的計(jì)算機(jī)有不同的體系結(jié)構(gòu)、處理器、指令系統(tǒng)及不同的硬件配置，操作系統(tǒng)能夠管理的軟硬件資源受到一定的限制。
一種操作系統(tǒng)只能安裝到特定種類的計(jì)算機(jī)上
5.分別闡述操作系統(tǒng)與硬件和軟件的關(guān)系
1、操作系統(tǒng)是每臺(tái)計(jì)算機(jī)必配的系統(tǒng)軟件。
2、OS是軟件運(yùn)行的基礎(chǔ)，軟件需OS進(jìn)行有效的管理。
3、軟件的開發(fā)依賴于操作系統(tǒng)。
4、操作系統(tǒng)影響軟件的生命周期。
5、應(yīng)用軟件是操作系統(tǒng)上的可用資源，是OS的基礎(chǔ)。
? ?? OS的運(yùn)行需要硬件的支持;OS性能的發(fā)揮受硬件影響
???? OS決定硬件是否能被用戶使用，功能能否發(fā)揮。
???? OS與硬件的發(fā)展是相互促進(jìn)的
6實(shí)現(xiàn)多道程序系統(tǒng)的最主要硬件支持是什么?
? ? 解:中斷系統(tǒng)和通道技術(shù)。
? ? (1)很多進(jìn)程的切換是由時(shí)鐘中斷引起的，尤其是分時(shí)系統(tǒng)。用戶程序進(jìn)行系統(tǒng)調(diào)用時(shí)通過軟中斷來實(shí)現(xiàn)，如通道和外設(shè)的操作也要向操作系統(tǒng)發(fā)送中斷。
? ? (2)在多道程序系統(tǒng)中，當(dāng)CPU要求在主存和外設(shè)間傳輸數(shù)據(jù)時(shí)，通過發(fā)出I/0指令命令通道工作，通道獨(dú)立地在內(nèi)存和外設(shè)問進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸,IO操作完成后，通道以中斷方式通知CPU，從而實(shí)現(xiàn)了CPU計(jì)算與I/0操作的并行。
7、操作系統(tǒng)的什么用戶接口，一般用戶使用的比較少?為什么？
? ? 解:一般用戶主要通過交互操作界面控制和管理計(jì)算機(jī)，使用程序接口較少。程序接口是程序員在編寫程序時(shí)利用操作系統(tǒng)所提供功能的方法，可以在高級(jí)語(yǔ)言和匯編語(yǔ)言中使用。日前大多數(shù)軟件使用高級(jí)語(yǔ)言開發(fā)，大多數(shù)功能可以通過高級(jí)語(yǔ)言的語(yǔ)句實(shí)現(xiàn)，不需要直接使用程序接口來完成。只有一些特殊功能才需要在高級(jí)語(yǔ)言中使用操作系統(tǒng)的程序接門。因此大多數(shù)用戶使用的是操作系統(tǒng)的用戶接口。
8.處理機(jī)為何要區(qū)分系統(tǒng)態(tài)和用戶態(tài),什么情況下實(shí)現(xiàn)兩者的轉(zhuǎn)換?
答:區(qū)分兩種狀態(tài)是為了保護(hù)操作系統(tǒng)程序。
發(fā)生中斷時(shí)，會(huì)從用戶態(tài)轉(zhuǎn)入系統(tǒng)態(tài)，中斷結(jié)束時(shí)，會(huì)從系統(tǒng)態(tài)轉(zhuǎn)會(huì)用戶態(tài)。
