第一章：

1、操作系统有哪些功能：

1. 操作系统的目标：

• 有效性----->管理系统资源

• 提高系统资源利用率
• 提高系统吞吐量

• 方便性----->方便用户使用
• 可扩充性-----> 作为扩充机器
• 开放性----->作为扩种机器

2. 操作系统的功能：

• os作为计算机系统资源的管理者：

• 处理机管理
• I/O设备管理
• 存储器管理
• 文件管理

• os作为用户与计算机硬件系统的接口

• 程序接口
• 命令接口
• CUI图形用户接口

• os实现了对资源的抽象

• 将具体的计算机硬件资源抽象成软件资源，方便用户使用
• 开放了简单的访问方式，隐藏了实现细节（封装）
• 举例：浏览器搜索

• 处理机管理：

• 进程控制
• 进程同步
• 进程通信
• 进程调度

• 存储器管理：

• 内存分配
• 内存保护
• 内存扩充
• 地址映射

• I/O设备管理：

• 缓冲管理
• 设备分配
• 设备处理

• 文件管理：

• 文件存储空间的管理
• 文件目录的管理
• 文件的读/写管理和保护

2、操作系统有哪些特征：

1. 操作系统的4个基本特征：

• 并发
• 共享
• 虚拟
• 异步

2. 基本特征之间的关系：并发是虚拟、异步、共享的前提，共享是并发的前提

3. 并发性（Concurrence）：

• 概念：​同一时间间隔内​执行和调度多个程序的能力
• 特点：

• 宏观上：处理机同时执行多道程序
• 微观上：处理机在多道程序间高速切换（分时交替执行）
• 关注单个处理机同一时间段内处理任务的能力

4. 并行性：

• 概念：​同一时刻或者时间点​发生的事件的数量
• 特点：有多少个处理机在同一时刻就能执行多少个任务

5. 共享性：

• 概念：即资源共享，os中的资源供多个并行应用程序共同使用
• 共享方式：

• 同时访问方式：同一时间间隔段允许应用程序同时访问共享资源
• 互斥访问方式：也叫独占式，允许多个应用程序在同一个共享资源上独立而互不干扰的工作（共享打印机、音频设备、视频设备）。

6. os的并发和共享互为存在条件

• 共享性要求os中同时运行着多道程序，如果只有单道程序运行，则不存在共享
• 并发性难以避免的导致多个程序同时访问同一个资源，若多道程序无法共享部分资源，则无法并发（比如磁盘）。

7. 虚拟性：

• 概念：使用某种技术将物理实体变成多个逻辑上的对应物
• 虚拟技术的分类：

• 时分复用技术
• 空分复用技术

• 时分复用技术：

• 虚拟处理机技术 （“四核八线程"）
• 虚拟设备技术 （"虚拟打印机"）

• 空分复用技术：

• 虚拟磁盘技术
• 虚拟存储器技术

8. 异步性（并发为前提）：

• 概念：多道程序下，允许多个程序并发执行，单处理机环境下，允许多个程序分时交替的执行
• 程序执行的不可预知性：

• 获得运行时机
• 因何暂停
• 每道程序需要多少时间
• 不同程序的性能，比如计算多少，I/O多少

• 宏观上：”一气呵成“ ，微观上 ：”走走停停“

3、操作系统是怎样发展的

• 手工操作阶段

• 手工操作方式
• 脱机输入输出方式

• 批处理阶段

• 单道批处理系统
• 多道批处理系统

• 分时操作系统
• 实时操作系统
• 微机操作系统的发展

• 脱机输入、输出方式：

• 解决了人机矛盾
• 减少了cpu空余时间
• 提高了I/O输入效率
• 一次只能执行一个程序

• 批处理：同时处理多道程序

• 单道批处理：

• 自动性
• 顺序性
• 单道性
• 内存中只有一道程序
• cpu需要等待I/O 输入完成

• 多道批处理：

• 提高cpu利用率
• 提高内存和IO设备利用率
• 增加系统吞吐量
• 无人机交互
• 平均周转时间长

• 单道批处理与多道批处理的对比

• 单道批处理：主要解决cpu、内存、io设备利用率不足的问题
• 多道批处理：主要解决io操作时，cpu空闲的问题

• 分时系统：

• 作用：

• 人机交互
• 共享主机
• 便于用户上机

• 关键问题：

• 及时处理（作业提前进去内存，并能够与用户进行交互）
• 及时接收

• 特征：

• 多路性：时间片轮转机制
• 及时性：用户能够及时得到相应
• 交互性：用户可以请求多种服务
• 独立性：用户之间彼此独立

• 缺点：

• 作业/用户优先级相同，不能优先处理紧急任务

• 实时操作系统：

• 概念：系统能够及时响应外部事件的请求，在规定时间内完成对该事件的处理，并控制所有实时任务协调一致的进行
• 实时任务：

• 周期/非周期性实时任务（根据周期性）
• 硬/软实时任务（根据截止时间）

• 特点：

• 多路性
• 及时性：以用户能够接受的等待时间为准
• 交互性
• 独立性
• 可靠性：多级容错，保证系统和数据的安全

• 微机操作系统：

• 发展过程：

• 单用户单任务
• 单用户多任务
• 多用户多任务

4、操作系统的结构：

• 第一代：无结构操作系统：

• 一系列过程（程序）的集合，过程间可以相互调用
• 结构复杂且混乱，难以调试、阅读、维护

• 第二代：模块化结构os:模块-结构接口法os（分为io操作、文件读写、进程调度三个大模块）

• 基于分解、模块化原则
• 按照功能划分模块、子模块，规定模块间的接口
• 模块独立性标准（高内聚、低耦合）

• 模块化结构os 的优缺点：

• 优点：

• 提高os设计的正确性、可理解性、可维护性
• 增强os的适应性
• 加速开发过程

• 缺点：

• 模块接口设计难以扩展后续需求
• 各模块设计没有统一的标准，导致模块接口设计不可靠

• 第三代：分层式结构os

• 有序分层法： 自顶向下依次依赖
• 设计时：自底向上，每一步都建立在可靠的基础上
• 优缺点：

• 容易保证系统正确性
• 容易扩充和维护
• 自上而下的层次通信，导致系统效率降低

• 第四代：微内核结构：

• 微内核的基本概念：

• 足够小的内核，只实现操作系统核心功能

• 直接与硬件相关
• 客户/服务器模式

• 应用"机制与策略分离原理
• 采用面向对象技术“

• 微内核的优点：

• 提高了os的可扩展性、可靠性、可移植性
• 支持分布式下系统
• 融入了面向对象技术

• 微内核的缺点：

• 相较于早期的os，降低了一定的效率