操作系统引论

操作系统的目标和作用

目标

• 方便性
  os的产生是因为直接写机器代码和操作底层硬件太过复杂，上手难度太高。
• 有效性
  这个的意思是说os是为了提高计算机资源利用率，不能让资源浪费，得有效利用，毕竟那时候的硬件比较贵。
• 可扩充性
  可扩充性，或者说叫兼容性。作为一个很牛逼的设计，这个考虑是必不可少的，毕竟不能来一个新需求你就不行了。这个目标推动了os结构的发展。
• 开放性
  开放性，然后说了os得按照硬件软件标准来，什么鬼，没有太懂。

作用

书上从用户，资源管理和资源抽象三个方面阐述。（这里的用户不是真正的用户哈）

用户（这里应该是指计算机进程）

给用户提供了操作计算机底层硬件的抽象，系统命令、系统调用（这个我觉得其实是系统服务）、窗口操作。抽象出来这些操作更加安全可靠，快捷方便，毕竟菜鸟一个命令操作硬件就可能让计算机block了哈哈。

资源管理

对一下资源进行管理

• 处理机（CPU，管理计算机计算）
• 存储器（内存，或者叫运存，运行内存）
• IO设备（IO设备分配和计算机读写）
• 文件（计算机存储空间的保护，共享，存取）

资源抽象

对计算机底层的抽象，为了更加安全、方便的调用计算机资源。
分层抽象：
IO抽象：硬件物理调用抽象为write和read两个主要方法
文件管理抽象：通过调用IO抽象出来的方法，提供给一些文件操作命令，复制，移动等
图形界面抽象：利用文件管理抽象和图形界面操作，将文件操作命令更方便让用户使用

操作系统发展

刚开始的时候，硬件贵，所以计算机资源很重要，我们尽可能的在很烂的硬件上提高资源利用效率。
慢慢地，硬件不值钱了，所以用的爽才是王道，开始提高使用方便性。
硬件发展除了性能提高还有新的硬件出来，所以os就得随着这些新东西变动。
硬件发展之外，os结构也在不断总结经验教训发展，单处理系统到多处理系统，网络服务。
生活好了，事也就多了，多种多样的新需求就来了，os也就得跟着变化。

操作系统的发展过程

未配置操作系统

人工操作

人拿着硬盘（当时是纸片），安在机器上，机器的CPU直接处理硬盘上的东西。安装和卸载硬盘的时候，机器不糙理你。

脱机输入输出

有了内存的概念，在机器直接读取硬盘中间加了一个磁带，充当内存。机器直接操作那个磁带，磁带再和硬盘交互，输入输出啥的。

有操作系统

单道批处理系统

就是安排了一组任务，一个任务队列，然后有个监管程序监管这些任务完成和切换。
安排的任务你根本就没法打断，没办法中间做处理。
资源利用率太低，一个任务占有所有的资源。

多道批处理系统

也是一个任务队列，能够根据资源占用情况分配任务。
主要解决是资源利用率的问题，那时候硬件太贵了，利用率是大问题。没有解决人机交互。
他对资源的管理提高了很多，而且为了分配资源，初始的资源调度产生。还抽象了一部分硬件接口。

分时系统

我认为分时操作系统最大的特征就是通过时间片轮转，给多个终端提供服务。它将作业从外存掉入内存，这样可以实现对作业的简单操控。在多道批处理系统中，作业（其实就是你的任务或者程序）放在外存中，cpu都不知道你要执行啥，所以压根没发交互。放入内存，这样cpu直接和内存交互，提前知道你要执行的全部作业，这样就可以让你在中间进行简单的交互。
特征：多路行 独立性 及时性 交互性

实时系统

简单的来说就是及时响应的系统，这类操作系统对时间比较敏感。要求对请求有较快的响应速度。比如说工业控制系统、信息查询、多媒体、嵌入式系统。
说起实时操作系统，就不得不提它的几个概念：

• 任务调度
• 中断
• 进程间通信
• 切换上下文
• 优先级
• 共享／互斥

不过我们最常使用的系统还是从分时系统发展过来的，例如linux、windows、unix。它还是可靠性比较强的，额 ，不知道咋总结了，看传送门吧，写得挺好。

微机操作系统的发展

简单的来说，就是：

• 单用户单任务-》单用户多任务-》多用户多任务
• 8位-》16位-》32位-》64位
• CP/M（8位）-》MS-DOS（16位）-》windows系列系统（不得不说微软真变态）-》UNIX系统（还是熟linux系统，不过Mac OS也是在他的基础上搭建）

操作系统的基本特性

• 并发
  这个并发要和并行的概念区分开。前者是说在一段时间内发生了多个事件，后者是在同一时间发生多个事件。操作系统并发的特性是说利用时间片轮转，实现任务并发。再通过给多个可并发任务分配一个不同处理机（多核cpu我猜），实现多任务的同时进行。
  这里还引入了进程的概念，计算机中能独立运行并作为资源分配的基本单位。由指令、数据、堆栈组成。实现多进程并发。

• 共享
  这个就不用特别说明了，计算机资源的共享。任务的并发执行导致资源共享更加的复杂。主要的共享方式分为以下两种：

1. 互斥共享方式
   没办法同一时间占用的资源，比如说打印机啥的
2. 同时访问方式
   感觉是真正意义上的共享，允许多个任务同时进行访问，比如说磁盘。

• 虚拟
  虚拟分为时分复用和空分复用。时分复用就是将时间切为时间片，不同任务时间片轮转占用。空分复用就是一部分空间，不停的换执行的数据程序，达到空间的复用。其实都是一种不停切换达到宏观上的一种复用。像是电影一样，不停切换形成影像。

• 异步
  这里的异步是说因为任务分配，资源分配，所以任务完成时间是不定的。他是一种异步向前的方式，而不是同步的前进。不过如果有良好的同步机制，异步也是可以多次运行得到相同的结果。

操作系统的主要功能

传送门
分时操作系统百度百科
实时操作系统和分时操作系统的区别
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