2023/6/14

第一章 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)概述

1.1操作系統(tǒng)的基本概念

操作系統(tǒng)（Operating System,OS）是指控制和管理整個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的硬件與軟件資源，合理地組織，調(diào)度計(jì)算機(jī)的工具與資源的分配，進(jìn)而為用戶(hù)和其他軟件提供方便接口與環(huán)境的程序集合。操作系統(tǒng)是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中最基本的系統(tǒng)軟件。（ctrl+alt+Del）快捷鍵

1.2操作系統(tǒng)的特征

操作系統(tǒng)是一種系統(tǒng)軟件，但與其他系統(tǒng)軟件和應(yīng)用軟件有很大的不同，它有自己的特殊性即基本特征。操作系統(tǒng)的基本特征包括并發(fā)，共享，虛擬和異步。這些概念對(duì)理解和掌握操作系統(tǒng)的核心至關(guān)重要，將一直貫穿于各個(gè)章節(jié)中。

1.并發(fā)（Concurrence）

并發(fā)是指兩個(gè)或多個(gè)事件在同一事件間隔內(nèi)發(fā)生。操作系統(tǒng)的并發(fā)性是指計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中同時(shí)存在多個(gè)運(yùn)行的程序，因此它具有處理和調(diào)度多個(gè)程序同時(shí)執(zhí)行的能力。在操作系統(tǒng)中，引入進(jìn)程的目的是使程序能并發(fā)執(zhí)行。

微觀上交替發(fā)生，宏觀上同時(shí)發(fā)生。

注意同一事件間隔（并發(fā)）和同一時(shí)刻（并行）的區(qū)別。在多道程序環(huán)境下，一段時(shí)間內(nèi)，宏觀上有多道程序在同時(shí)執(zhí)行，而在每個(gè)時(shí)刻，單處理機(jī)環(huán)境下實(shí)際僅能有一道程序執(zhí)行，因此微觀上這些程序仍是分時(shí)交替執(zhí)行的。操作系統(tǒng)的并發(fā)性是通過(guò)分時(shí)得以實(shí)現(xiàn)的。

操作系統(tǒng)就是伴隨著”多道程序技術(shù)“而出現(xiàn)的。因此，操作系統(tǒng)和程序并發(fā)是一起誕生的

這兩個(gè)動(dòng)作就是并行執(zhí)行的。

并發(fā)：指兩個(gè)或多個(gè)事件在同一時(shí)刻同時(shí)發(fā)生 并行：同一時(shí)刻同時(shí)驚醒 4核cpu

2。共享（Sharing）

資源共享即供詞昂，是指系統(tǒng)中的資源可供內(nèi)存中多個(gè)并發(fā)執(zhí)行的進(jìn)程共同使用。

共享可分為以下兩種資源共享方式。

（1）互斥共享方式

系統(tǒng)中的某些資源，如打印機(jī)，磁帶機(jī)，雖然可供多個(gè)進(jìn)程使用，但為使得所打印或記錄的結(jié)果不致造成混淆，應(yīng)規(guī)定在一段時(shí)間內(nèi)只允許一個(gè)進(jìn)程訪(fǎng)問(wèn)該資源。

（2）同時(shí)訪(fǎng)問(wèn)方式

系統(tǒng)中還有另一類(lèi)資源，這類(lèi)資源允許在一段時(shí)間內(nèi)由多個(gè)進(jìn)程”同時(shí)“訪(fǎng)問(wèn)。這里所說(shuō)的”同時(shí)“通常是宏觀上的，而在微觀上，這些進(jìn)程可能是交替地對(duì)該資源進(jìn)行訪(fǎng)問(wèn)即”分時(shí)共享“的。

互斥共享要求一種資源在一段時(shí)間內(nèi)（哪怕是一段很小的時(shí)間）只能滿(mǎn)足一個(gè)請(qǐng)求，否則就會(huì)出現(xiàn)嚴(yán)重的問(wèn)題，而同時(shí)訪(fǎng)問(wèn)共享通常要求一個(gè)請(qǐng)求分幾個(gè)時(shí)間片段間隔地完成，其效果于連續(xù)完成的效果相同。

補(bǔ)充知識(shí)：進(jìn)程是一個(gè)程序的執(zhí)行過(guò)程。執(zhí)行前需要將該程序放到內(nèi)存中，才能被cpu處理。

并發(fā)和共享是操作系統(tǒng)兩個(gè)最基本的特征，兩者之間互為存在的條件：1.資源你共享是以程序的并發(fā)為條件的，托系統(tǒng)不允許程序并發(fā)執(zhí)行，則自然不存在資源共享問(wèn)題：2.若系統(tǒng)不存在對(duì)資源共享實(shí)施有效的管理，則必將影響到程序的并發(fā)執(zhí)行，甚至根本無(wú)法并發(fā)執(zhí)行。

并發(fā)性指計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中同時(shí)存在著多個(gè)運(yùn)行著的程序，共享性是指系統(tǒng)中的資源可供內(nèi)存中多個(gè)并發(fā)執(zhí)行的進(jìn)程。

3.虛擬（Virtual）

虛擬是指把一個(gè)物理上的實(shí)體變?yōu)槿舾蛇壿嬌系膶?duì)應(yīng)物。物理實(shí)體（前者）是實(shí)的，即實(shí)際存在的；后者是虛的，是用戶(hù)感覺(jué)上的食物。用于實(shí)現(xiàn)虛擬的技術(shù)，稱(chēng)為虛擬技術(shù)。

操作系統(tǒng)中利用了多種虛擬技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)虛擬處理器，虛擬內(nèi)存和虛擬外部設(shè)備等。

虛擬處理器技術(shù)是通過(guò)多道程序設(shè)計(jì)技術(shù)，采用讓多道程序并發(fā)執(zhí)行的方法，來(lái)分時(shí)使用一個(gè)處理器的。

并發(fā)：并行。 沒(méi)有并發(fā)性，就談不上虛擬性。

利用多道程序設(shè)計(jì)技術(shù)把一個(gè)物理上的CPU 虛擬為多個(gè)邏輯上的CPU，稱(chēng)為虛擬處理器。

可以采用虛擬存儲(chǔ)器技術(shù)將一臺(tái)機(jī)器的物理存儲(chǔ)器變?yōu)樘摂M存儲(chǔ)器，以便從邏輯上擴(kuò)充存儲(chǔ)器的容量。當(dāng)然，這時(shí)用戶(hù)所感受到的內(nèi)存容量是虛的。我們把用戶(hù)感覺(jué)到（但實(shí)際不存在）的存儲(chǔ)器稱(chēng)為虛擬存儲(chǔ)器。

沒(méi)有并發(fā)性，就談不上虛擬性。

操作系統(tǒng)的虛擬技術(shù)可歸納為：時(shí)分服用技術(shù)，如處理器的分時(shí)共享；空分復(fù)用技術(shù)，如虛擬存儲(chǔ)器。

4.異步（Asynchronism） 只有系統(tǒng)擁有并發(fā)性，才有可能導(dǎo)致異步性

多道程序環(huán)境允許多個(gè)程序并發(fā)執(zhí)行，但由于資源有限，進(jìn)程的執(zhí)行并不是一貫到底的，而是走走停停的，它以不可預(yù)知的速度向前推進(jìn)，這就是進(jìn)程的異步性。

1.重要考點(diǎn)： 理解并發(fā)和并行的區(qū)別 并發(fā)和共享互為存在條件

1.1.3 操作系統(tǒng)的目標(biāo)和功能

沒(méi)有并發(fā)和共享，就談不上虛擬和異步。因此并發(fā)和共享是操作系統(tǒng)的兩種最基本的特征。

1.操作系統(tǒng)作為計(jì)算機(jī)系統(tǒng)資源的管理者

（1）處理機(jī)管理

在多道程序環(huán)境下，處理及的分配和運(yùn)行都以進(jìn)程（以線(xiàn)程）為基本單位，因而對(duì)處理及管理可歸結(jié)為對(duì)進(jìn)程的管理。并發(fā)是指在計(jì)算機(jī)內(nèi)同時(shí)運(yùn)行多個(gè)進(jìn)程，因此進(jìn)程何時(shí)創(chuàng)建，何時(shí)撤銷(xiāo)，如何管理，如何避免沖突，合理共享就是進(jìn)程管理的最主要的人物。進(jìn)程管理的主要功能包括進(jìn)程控制，進(jìn)程同步，進(jìn)程通信，思所除惡里，處理機(jī)調(diào)度等。

（2）存儲(chǔ)器管理

存儲(chǔ)器管理是為了給多道程序的運(yùn)行提供良好的環(huán)境，方便用戶(hù)使用及提高內(nèi)存的利用率，主要包括內(nèi)存分配于回收，地址映射，內(nèi)存保護(hù)與共享和內(nèi)存擴(kuò)充等功能。

（3）文件管理

計(jì)算機(jī)中的信息都是以文件的形式存在的，操作系統(tǒng)中負(fù)責(zé)文件管理的部分稱(chēng)為文件系統(tǒng)。文件管理包括文件儲(chǔ)存空間的管理，目錄管理及文件讀寫(xiě)管理和保護(hù)等。

（4）設(shè)備管理

設(shè)備管理的主要文件是完成用戶(hù)的I/O的請(qǐng)求，方便用戶(hù)使用各種設(shè)備，并提高設(shè)備的利用率，主要包括緩存管理，設(shè)備分配，設(shè)備處理和虛擬設(shè)備等功能。

這些工作都由”工人“負(fù)責(zé)，”雇主“無(wú)須關(guān)注。

2.操作系統(tǒng)作為用戶(hù)與計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)之間的接口

為了讓用戶(hù)方便，快捷，可靠地操縱計(jì)算機(jī)硬件并運(yùn)行自己的程序，操作系統(tǒng)還提供了用戶(hù)接口。操作系統(tǒng)提供的接口主要分為兩類(lèi)；一類(lèi)是命令接口，用戶(hù)利用這些操作命令來(lái)組織和控制制造業(yè)的執(zhí)行；另一類(lèi)是程序接口，編程人員可以使用它們來(lái)請(qǐng)求操作系統(tǒng)服務(wù)。

（1）命令接口： 允許用戶(hù)直接使用

使用命令接口進(jìn)行作業(yè)控制的主要方式有兩種，即聯(lián)機(jī)控制方式和脫機(jī)控制方式。按作業(yè)控制方式的不同，可將命令接口分為聯(lián)機(jī)命令接口和脫機(jī)命令接口。

聯(lián)機(jī)命令接口又稱(chēng)交互式命令接口，適用于分時(shí)或?qū)崟r(shí)系統(tǒng)的接口。

脫機(jī)命令接口又稱(chēng)批處理命令接口

（2）程序接口：允許用戶(hù)通過(guò)程序間接使用。

程序接口由一組系統(tǒng)調(diào)用（也稱(chēng)廣義指令） 組成。用戶(hù)通過(guò)在程序中使用這些系統(tǒng)調(diào)用來(lái)請(qǐng)求操作系統(tǒng)為其提供服務(wù)，如使用各種外部設(shè)備，申請(qǐng)分配和回收內(nèi)存及其他各種要求。

當(dāng)前最為流行的是圖形用戶(hù)界面（GUI），即圖形接口。GUI最終是通過(guò)調(diào)用程序接口實(shí)現(xiàn)的。

用戶(hù)通過(guò)鼠標(biāo)和鍵盤(pán)在圖形界面上單擊或使用快捷鍵，就能很方便地使用操作系統(tǒng)。

CUI：現(xiàn)代操作系統(tǒng)中最流行的圖形用戶(hù)接口

3.操作系統(tǒng)用作擴(kuò)充機(jī)器

沒(méi)有任何軟件支持的計(jì)算機(jī)稱(chēng)為邏輯，它僅構(gòu)成計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的物質(zhì)基礎(chǔ)，而實(shí)際呈現(xiàn)在用戶(hù)面前的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)是經(jīng)過(guò)若干層如那件改造的計(jì)算機(jī)。

裸機(jī)在最里層，其外面是操作系統(tǒng)。操作系統(tǒng)所提供的資源管理功能和方便用戶(hù)的各種服務(wù)功能，將邏輯改造稱(chēng)功能更強(qiáng)，使用更方便的機(jī)器；因此，我們通常把覆蓋了軟件的機(jī)器稱(chēng)為擴(kuò)充機(jī)器或虛擬機(jī)。

易懵概念：

系統(tǒng)調(diào)用=系統(tǒng)調(diào)用命令=廣義指令文章來(lái)源地址http://www.zghlxwxcb.cn/news/detail-483054.html

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