操作系统笔记

用户通过操作系统提供的人机接口来使用计算机的。

人机接口：

1、作业控制级接口

其又分联机用户接口和脱机用户接口

2、程序级接口

管理计算机资源：

计算机通过操作系统来管理资源。

1、处理机管理

处理机的任务是运行程序，程序在某个数据对象上的一次运行过程称为进程，所以处理机管理又称为进程管理。

单处理机系统中，程序有两种运行方式：单道程序顺序执行和多道程序并发运行。讨论后者时，具体包括如下内容：

（1）处理机调度：决定某个时刻把处理机分配给哪个进程进行计算操作。

（2）进程控制：进程生存期内有多种状态，由操作系统提供的原语（运行过程中不可中断的、完成某一功能的一段程序，作为操作系统的内部功能模块存在。）对它们进行转换控制。（3）进程通信:可以由系统为一个应用程序建立多个进程，它们之间相互合作，完成某一共同任务，它们间必需通过操作系统提供的通信原语确保正确的交换信息。

（4）进程同步：操作系统中设置了同步机制来完成进程同步功能。

存储管理

计算机系统采用了冯-诺依曼提出的存储程序原理，即把要运行的程序一次性存放在存储器中，然后由处理机自动从存储器中依次取出程序指令运行，处理机的运行过程就是不断地取指令，执行指令循环往复过程，每次取一条指令，执行一条指令。程序的运行机构就是由处理机和存储器构成的主机。

又因在多道程序环境中，要在内存中同时存在多道程序，因此也要对内存进行合理管理。操作系统提供如下存储管理功能。

1、内存分配。

2、地址转换

将程序装入内存之前，无法确定程序在内存中的放置的实际位置，因此先建立一个虚拟内存地址空间，每个数据和指令都有一个惟一确定的虚拟内存地址。访问程序中的指令和数据时是按其所在实际内存单元的地址进行的，所以访问前将其逻辑地址转换成相应的物理地址。

3、内存保护。确保每道程序都在自己的内存空间中运行，互不干扰。

4、内存扩充。

设备管理

设备管理任务是接受用户程序提出的I/O请求，为用户程序分配I/O设备使CPU和I/O设备并行操作，提高它们的利用率.

为实现以上任务操作系统的设备管理子系统应具有如下功能：

1、设备分配：为实现分配，系统中应配置设备控制表，控制器控制表等数据结构，用于记录设备及控制器的标识符和状态，以供设备分配时参考。

2、缓冲管理：解决CPU和外设速度不匹配的矛盾。

3、设备驱动：实现CPU与设备控制器之间的通信。

4、设备无关用户编写的应用程序不直接指定使用哪台具体的物理设备，而是使用操作系统提供的逻辑设备，然后由操作系统把用户程序中使用的逻辑设备映射到物理设备，实施具体的I/O操作。

文件管理

1、文件存储空间的管理

2、目录管理：建立外存中文件的目录结构，实现用户程序对文件的“按名存取”

3、文件操作。

4、文件的存取权限控制

操作系统基于硬件体系结构

单道批处理系统：每次调入一个程序到内存，主CPU进行处理。

多道批处理系统：并行的从外存调多个程序到内存，由CPU处理（一次只能处理一个，但每个可能是交替的被处理）。

分时系统：各个终端轮流使用主机（CPU，内存，硬盘），一个不用时，其它的可以用。实时系统：实时控制，实时处理信息。所谓实时，是批计算机能及时响应外来事件，并快速地处理该事件，在被控对象允许的时间范围内作出快速反应。

微机：采用微处理器构造的计算机。需要专门配置操作系统，常见的有DOS,WINDOWS,UNIX/Linux。

（1）单用户单任务操作系统：只允许一个用户上机，运行多个程序时，只能依次执行。代表有CP/M（control program monitor）,MS-DOS（IBM）

（2）单用户多任务操作系统：只允许一个用户上机，但可并行运行多个程序。代表有OS/2（IBM）,Windows（3.0，3.1，93年的NT,95,98,2000,ME,XP,2003）。

（3）多用户多任务操作系统：代表有UNIX（唯一从微机到大机的操作系统，最流行的多用户多任务操作系统）和Linux.

（4）网络操作系统：管理计算机网络，共享网络资源，并为用户提供统一、方便的网络接口。

其有两种存在方式：

1、独立于本地操作系统（建立在本地操作系统基础上）。如Novell公司的Netware

2、本地操作系统具有地网络功能，如Windows。

（5）分布式操作系统：布式操作系统，它负责整个系统的资源分配和调度、任务划分、信息传输、控制协调等工作，并为用户提供一个统一的界面。

本书是以Linux为例讲解操作系统原理。

异步：多进程并发执行，在微观上是进程交替执行的，因此每个进程在何时开始，暂停，执行速度，执行时间，何时发生中断，都是不可知，这种特性即是异步性。

一般而操作系统具有层次结构和微内核结构两种结构：

1、层次结构：它的设计思想是按照操作系统各模块的功能和相互依存关系，把系统中的模块分为若干层次，任一层次仅使用其下层提供的服务。

一般，接近用户的应用模块在上层，贴近硬件的驱动模块在下层。

处于下层的模块称为操作系统内核。包括中断处理程序、设备驱动程序、运行频率较高的模块（如时钟管理程序、进程调度程序、低级通信模块、内存管理模块等）。内核一般常驻内存。

2、微内核结构：其思想是把操作系统的基本功能模块组织为微内核，其它功能模块尽量放到核外,通过调用微内核来实现。

在程序级，Linux系统提供标准的UNIX函数库，一个在Linux下开发程序，几乎可以不经过任何改动在其他的UXIX系统下编译执行，完成同样的功能。

Linux系统向用户同时提供图形和文本用户界面，文本界面是shell接口，图形界面是