第一章操作系统概论

第一章操作系统概论

一、本章要求熟练掌握的内容

1、操作系统的定义：计算机操作系统是与计算机硬件紧密相关的一层系统软件，由一整套分层次的控制程序（模块）组成，统一管理计算机系统的所有资源，包括处理器、存储器、输入输出设备以及其它系统软件、应用程序和数据文件等。操作系统合理地组织计算机系统工作流程，有效地利用计算机系统资源为用户提供一个功能强大、界面良好、使用方便的工作环境，让用户无需了解硬件细节，而是直接利用逻辑命令就能灵活方便地使用计算机。操作系统为计算机软硬件功能的进一步扩展提供了一个支撑平台。

2、操作系统的特性：操作系统具备了程序并发、资源共享和独立随机可访问三大特征。（1）程序的并发：在操作系统中，我们把一个功能上独立的程序的一次执行称为一个进程，每一个进程都需要占用一部分系统资源，包括占用处理器时间、内存、输入输出设备等。若某一段时间内同时有两个或两个以上进程在运行，则称为“程序的并发”。

（2）资源共享：资源的共享是指计算机的软硬件资源为多个拥有授权的用户或程序所共用，以提高这些资源的利用率。

（3）独立随机可访问：在多任务环境下执行的每一个进程在逻辑上具有独立性和随机性。如果有充分的资源保障，每一个进程都会独立的完成并且其执行速度与其它进程无关，进程执行的起始和结束时间也是独立的并且是随机发生的。这种独立和随机性形成了对操作系统的客观要求，即必须具备同时处理多个随机并发进程的能力，操作系统的系统管理程序要保证对资源的访问的独立性和随机性。

3、操作系统的功能：

（1）处理机管理：处理机管理是操作系统最主要任务之一，其主要功能是对中央处理机的使用进行调度分配，最大限度地提高它的处理能力。操作系统通过对进程的管理实现对处理机的管理，包括进程创建、进程执行、进程通信、进程撤销、进程等待和进程优先级控制等。

（2）存储管理：存储管理指对内存及其扩展空间的管理。由于内存资源的紧缺性，存储管理的目标是为程序设计者提供方便、安全和足够的存储空间。存储管理的主要功能包括：

①为每一个进程分配内存并保护每一个获得内存空间的进程不被其他进程破坏；

②将分配给各个进程的逻辑地址空间正确地映射为相应的物理地址空间；

③利用虚拟内存管理实现扩大内存空间的效果；

④进程完成或撤销时及时回收分配出去的内存，以供其它进程使用。

存储管理的主要方法有：

①分区式存储管理；

②页式存储管理；

③段式与段页式存储管理。

（3）设备管理：设备管理指对计算机外围设备的管理。通常设备管理技术包括中断、输入输出缓存、通道技术和设备的虚拟化等技术。设备管理的主要任务可以归纳为：

①按照用户的要求和设备的类型控制设备工作、完成用户的输入输出操作；

②当多个进程同时请求某一独享设备时，按照一定的策略对设备进行分配和管理，以保证系统有条不紊的工作；

③充分利用系统的通道和中断功能等来提高设备的使用效率。

（4）文件管理：大量的程序、文档、数据以文件形式保存在外存中。文件管理系统是操作

系统中专门负责存取和管理外存中文件的那部分软件的集合。

（5）作业管理：作业是用户所提供的一个完整计算任务，包括运行应用程序所需要的数据以及控制应用程序执行的指令集合。。作业控制的两种方式是：批处理和交互式终端控制。

随着计算机系统的网络化，对操作系统的要求越来越高。现代操作系统除了具备上述管理功能之外，还具有网络通信、服务和网络资源管理、安全机制等功能。

二、本章要求掌握的内容

1、操作系统的分类：按照用户数来分，可分为单用户（如MS-DOS）和多用户（如Unix）操作系统；按照可同时执行的任务数来分，可以分为单任务（如MS-DOS）和多任务（如Windows）操作系统；按照运行操作系统的计算机硬件来分，可分为主机+终端（如Unix）、微机（如Windows）、嵌入式（如Windows CE3.0）和掌上电脑操作系统（如Palm OS）等；从操作系统所具备的功能特性的角度来看，操作系统大致可分为批处理操作系统、分时操作系统、实时操作系统、通用操作系统、网络操作系统或分布式操作系统。

2、各类操作系统的特点：

（1）批处理操作系统：批处理操作系统所追求的目标是作业周转时间短、系统吞吐量大、处理器资源使用效率高。批处理操作系统又称为作业流处理系统，分为“单道批”和“多道批”两种。

（2）分时操作系统（TSOS：time slot operating system）是一种单主机、多终端体系结构，即多个用户利用终端设备共享一个主机。典型的分时操作系统如V AX/ VMS等。

（3）实时操作系统（TOS：real-time operating system）能够及时响应和处理用户操作请求，并在规定的时间内将处理结果反馈给用户。与其他操作系统相比，实时操作系统的最大特征在于其实时性和专用性。根据应用领域的区分，实时操作系统分为实时控制和实时信息处理两类。

（4）通用操作系统（COS：combination operating system）是指现代操作系统，除同时具有上述三类操作系统的功能特征外，还有更多的其他功能。对现代通用操作系统的发展起着重大影响的是Unix操作系统和Windows操作系统。

（5）网络操作系统（NOS：network operating system），多种适用于网络环境下的操作系统的统称。网络操作系统除具有一般操作系统所具有的功能之外，还必须具备网络通信和网络资源管理的功能，以保证能够对多台计算机及其设备之间的信息传递和资源共享进行有效的管理。

（6）分布式操作系统是近年来发展起来的更高水平的网络操作系统，它更倾向于一种“单机化的多处理机”结构，所有的系统资源虽然分布在不同的计算机上，但都是“透明”的，运行的程序可能在本地，也可能在其他计算机上，由分布式操作系统自行决定。

三、本章要求了解的内容

1、操作系统的形成与发展。

2、操作系统与计算机硬件、软件的关系：硬件是计算机系统资源的基础，包括可摸可见的各种计算机设备和相关部件；操作系统是与硬件紧密结合的一层系统软件，为其它系统软件、应用软件和用户提供与硬件的接口，操作系统屏蔽了使用硬件的细节，担当起统一管理硬件资源的角色。

计算机软件产品的分类，总体上包括系统软件和应用软件两大类。系统软件是计算机能够完成正常使用和软件开发工作所需要配置的基本软件。操作系统归于系统软件之列，并且是其

它系统软件的基础。当今操作系统的发展趋势是“微内核”，即尽量把一些非基本的操作移出操作系统核心，以增进操作系统的稳定性和可靠性，因此，把操作系统和其它系统软件进行严格的界定是困难的。一般区分原则是把操作系统软件包中包括的全部软件都可以认为是操作系统软件。

3、操作系统的体系结构：是指操作系统运行过程中，各功能模块之间相互调用、相互联系的一种关系，它是随着软件技术的进步而发展变化的。