1.1操作系统的目标和作用
1.1.1操作系统的目标
在计算机系统上配置操作系统，其主要目标是：方便性、有效性、可扩充性和开放性
①方便性：配置OS后方便使用
②有效性：提高系统资源的利用率
③可扩充性：层次化结构
④开放性：遵循世界标准规范
1.1.2操作系统的作用
操作系统在计算机系统中所起的作用，可以从用户、资源管理及资源抽象等多个不同角度分析和讨论
（1）OS作为用户与计算机硬件系统之间的接口
通过命令方式（允许用户直接使用）、系统调用方式和图标——窗口方式（间接）来实现操作系统的通信
（2）OS作为计算机系统资源的管理者（处理机管理、存储器管理、文件管理、设备管理）
四类资源：处理机、存储器、I/O设备以及文件（数据和程序）
③OS实现了对计算机资源的抽象
1.1.3推动操作系统发展的主要动力
①不断提高计算机资源利用率
②方便用户
③器件的不断更新换代
④计算机系统结构的不断发展
⑤不断提出新的应用需求
1.2操作系统的发展过程
1.2.1未配置操作系统的计算机系统
（1）人工操作方式
①用户独占全机，即一台计算机的全部资源由上机用户所独占
②CPU等待人工操作。当前用户进行装带（卡）、卸带（卡）等人工操作时，CPU及内存等资源是空闲的
（2）脱机输入、输出（Off-Line I/O）方式
程序和数据的输入和输出都是在外围机的控制下完成的
脱机I/O方式的优点
①减少了CPU的空闲时间
②提高了I/O速度
1.2.2 单道批处理系统
①特点：作业间不需要人的干预，监控常驻内存，单道，有专职操作员，监控程序只为一个计算机系统设计，开发过程可用高级语言
②优点：缓解了一定程度的人机速度矛盾，资源利用率有所提升
③缺点：系统中的资源得不到充分利用（无交互）
1.2.3 多道批处理系统
1、为了进一步提高资源的利用率和系统吞吐量，引入了多道程序设计技术，由此形成了多道批处理系统
2、优缺点:
（1）优点
①资源利用率高
②系统吞吐量大
（2）缺点
①平均周转时间长
②无交互能力
3、多道批处理系统需要解决的问题
①处理机争用问题
②内存分配和保护问题
③I/O设备分配问题
④文件的组织和管理问题
⑤作业管理问题
⑥用户与系统的接口问题
1.2.4分时系统（Time Sharing System）
1、分时系统的引入
为了满足用户对人——机交互的需求，由此形成了一种新型的OS
用户需求：
①人——机交互
②共享主机
2、分时系统实现中的关键问题
①及时接收
②及时处理
3、分时系统的特征
①多路性。多路性允许多个用户共享一台计算机，显著地提高了资源利用率，降低了使用费用，从而促进了计算机更广泛的应用
②独立性。每个用户在各自的终端上进行操作，彼此之间互不干扰
③及时性。指用户的请求能在很短时间内获得响应
④交互性。指用户可通过终端与系统进行广泛的人机对话
1.2.5 实时系统（Real Time System）
实时系统是指系统能及时响应外部事件的请求，在规定的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地运行
1、实时系统的类型
（1）工业（武器）控制系统
（2）信息查询系统
（3）多媒体系统
（4）嵌入式系统
2、实时任务的类型
（1）周期性实时任务和非周期性实时任务（按是否呈现周期性分）
①周期性实时任务：指这样一类任务，外部设备周期性地发出激励信号给计算机，要求它按指定周期循环执行，以便周期性地控制某外部设备
②非周期性实时任务：无明显的周期性，但都必须联系着一个截止时间（Deadline）或成为最后期限
（2）硬实时任务和软实时任务（按截止时间分）
①硬实时任务：指系统必须满足任务对截止时间的要求，否则可能出现难以预测的后果。用于工业和武器控制的实时系统通常它所执行的是硬实时任务
②软实时任务：也联系着一个截止时间，但并不严格，若偶而错过了任务的截止时间，对系统产生的影响也不会太大
（3）实时系统与分时系统特征的比较
①多路性
②独立性
③及时性
④交互性：限定专用服务程序
⑤可靠性
1.3操作系统的基本特性
1.3.1 并发（Concurrence）（宏观同时，微观交替）
1、并行与并发
并发：指两个或多个事件在同一时间间隔内发生
并行：两个或多个事件在同一时刻发生
串行：单个
1.3.2 共享（Sharing）
共享概念:指系统中的资源可供内存中多个并发执行的进程共同使用（并发是以共享为前提）
1、互斥共享方式
系统中的某些资源，如打印机、磁带机等，虽然可以提供给多个进程（线程）使用，但应规定在一段时间内，只允许一个进程访问该资源。
2、同时访问方式（例如：磁盘）
允许在一段时间内由多个进程“同时”对它们进行访问。“同时”，在单处理机环境下是宏观意义上的，在微观上，这些进程对该资源的访问是交替进行的
1.3.3 虚拟（Virtual）
定义：通过某种技术将一个物理实体变为若干个逻辑上的对应物的功能称为“虚拟”
1、时分复用技术
（1）虚拟处理技术。利用多道程序设计技术，为每道程序建立至少一个进程，让多道程序并发执行。
（2）虚拟设备技术。通过分时复用的方法，将一台物理I/O设备虚拟为多台逻辑上的I/O设备，并允许每个用户占用一台逻辑上的I/O设备
2、空分复用技术（虚拟存储器技术）
利用存储器的空闲空间分区域存放和运行其他的多道程序，以此来提高内存的利用率。单纯的空分复用存储器只能提高内存的利用率，并不能实现在逻辑上扩大存储器容量的功能，还必须引入虚拟存储技术才能达到此目的。
1.4 操作系统的主要功能
1.4.1 处理机管理功能
1、进程控制
①为作业创建进程
②撤销（终止）已结束的进程
③控制进程在运行过程中的状态转换
2、进程同步
为多个进程（含线程）的运行进行协调。
常用协调方式
①进程互斥方式，这是指诸进程在对临界资源进行访问时，应采用互斥方式
②进程同步方式，指在相互合作去完成共同任务的诸进程间，由同步机构对它们的执行次序加以协调。
3、进程通信
实现相互合作进程之间的信息交换
4、调度
（1）作业调度。作业调度的基本任务是从后备队列中按照一定的算法选择出若干个作业，为他们分配运行所需资源，在将这些作业调入内存后，分别为它们建立进程，使它们都成为可能获得处理机的就绪进程并将他们插入就绪队列中。
（2）进程调度。进程调度的任务是从进程的就绪队列中按照一定的算法选出一个进程，将处理及分配给它，并为它设置运行现场，使其投入执行
1.4.2 存储器管理功能
1、内存分配
①为每道程序分配内存空间。使它们“各得其所”
②提高存储器的利用率，尽量减少不可用的内存空间（碎片）
③允许正在进行的程序申请附加的内存空间，以适应程序和数据动态增长的需要
静态分配和动态分配
①静态分配方式。内存空间是确定的，不允许在运行期间申请新的内存空间，也不允许作业在内存中“移动”
②动态分配方式。内存空间是确定的，但允许在运行期间申请新的内存空间，以适应程序和数据的动态增长，也允许作业在内存中“移动”
2、内存保护
①确保每道用户程序都仅在自己的内存空间内运行，彼此互不干扰
②绝不允许用户程序访问操作系统的程序和数据，也不允许用户程序转移到非共享的其它用户程序中去执行
ps：为确保每道程序都只在自己的内存区中运行，必须设置内存保护机制
3、地址映射
能够将地址空间中的逻辑地址转换为内存空间中与之对应的物理地址
4、内存扩充
①请求调入功能
②置换功能
1.4.3 设备管理功能（设备驱动、设备分配、缓冲管理、设备独立和虚拟设备）
主要任务：
（1）完成用户进程提出的I/O请求，为用户进程分配所需的I/O设备，并完成指定的I/O操作
（2）提高CPU和I/O设备的利用率，提高I/O速度，方便用户使用I/O设备
1.4.4 文件管理功能
①文件存储空间的管理
②目录管理
③文件的读/写管理和保护
参考教材
