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操作系统基础

yd_249383650 发表于 2023/06/30 23:10:32 2023/06/30

【摘要】目录操作系统基础操作系统概念操作系统的目标操作系统的作用操作系统的类型操作系统启动过程发展历程操作系统基础操作系统概念配置在计算机硬件上的第一层软件，是对硬件系统的首次扩充编辑操作系统的目标 1. 方便性：直接跟计算机硬件（“裸机”）交互是很难使用的2. 有效性：提高系统资源的利用率（譬如cpu，不能经常空闲）3. 可扩充性：方便的增添新的功能和模块，修改原有模块4. 开放性：...

操作系统基础

操作系统概念

配置在计算机硬件上的第一层软件，是对硬件系统的首次扩充

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操作系统的目标

1. 方便性：直接跟计算机硬件（“裸机”）交互是很难使用的
2. 有效性：提高系统资源的利用率（譬如cpu，不能经常空闲）
3. 可扩充性：方便的增添新的功能和模块，修改原有模块
4. 开放性：遵循国际标准，硬件软件的兼容互联

操作系统的作用

1、OS作为计算机系统资源的管理者
在一个计算机系统中，通常都含有多种硬件和软件资源。
归纳起来可将这些资源分为四类：处理机、存储器、I/O设备以及文件(数据和程序)。
相应地，OS的主要功能也正是对这四类资源进行有效的管理：
        • CPU管理是用于分配和控制处理机；
        • 存储器管理主要负责内存的分配与回收；
        • I/O设备管理是负责I/O设备的分配(回收)与操纵；
        • 文件管理是用于实现对文件的存取、共享和保护。
可见，OS的确是计算机系统资源的管理者。

2、OS实现了对计算机资源的抽象
对于一台完全无软件的计算机系统(即裸机)，由于它向用户提供的仅是硬件接口(物理接口)，
因此，用户必须对物理接口的实现细节有充分的了解，这就致使该物理机器难于广泛使用。
为了方便用户使用I/O设备，人们在裸机上覆盖上一层I/O设备管理软件，由它来实现对I/O设备操作
的细节，并向上将I/O设备抽象为一组数据结构以及一组I/O操作命令，如read和write命令，
这样用户即可利用这些数据结构及操作命令来进行数据输入或输出，而无需关心I/O是如何具体实现的。

3、OS作为用户与计算机硬件系统之间的接口
OS作为用户与计算机硬件系统之间接口的含义是：
OS处于用户与计算机硬件系统之间，用户通过OS来使用计算机系统。
或者说，用户在OS帮助下能够方便、快捷、可靠地操纵计算机硬件和运行自己的程序。

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操作系统的类型

大型机操作系统
服务器操作系统
多处理器操作系统
个人计算机操作系统
掌上计算机操作系统
嵌入式操作系统
传感器节点操作系统
实时操作系统
智能卡操作系统

操作系统启动过程

先读内存固化区BIOS，它负责检查硬件然后读入引导扇区
引导扇区负责把setup和system模块读入内存，并打印开机logo
setup读取硬件参数，把system模块（OS代码）移到0地址处，并从实模式变为保护模式
正式开始执行OS代码，首先执行head.s进行一系列初始化操作
初始化完成，启动完成

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发展历程

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（晶体管->集成电路芯片8位、16位、32位、64位）
4. 计算机体系结构的不断发展（单处理器->多处理器）
5. 不断提出新的应用需求（工业控制硬实时、多媒体、掌上、智能家居等）

单道批处理程序
缺点：
单道批处理系统最主要的缺点是，系统中的资源得不到充分的利用。这是因为在内存中仅有一道程序，每逢该程序在运行中发出I/O请求后，CPU便处于等待状态，必须在其I/O完成后才继续运行。又因I/O设备的低速性，更使CPU的利用率显著降低。如下图：在t2～t3、t6～t7时间间隔内CPU空闲。

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多道批处理系统

多道批处理系统的优缺点如下：
(1) 资源利用率高。引入多道批处理能使多道程序交替运行，以保持CPU处于忙碌状态；在内存中装入多道程序可提高内存的利用率；此外还可以提高I/O设备的利用率。
(2) 系统吞吐量大。能提高系统吞吐量的主要原因可归结为：① CPU和其它资源保持“忙碌”状态；② 仅当作业完成时或运行不下去时才进行切换，系统开销小。
(3) 平均周转时间长。由于作业要排队依次进行处理，因而作业的周转时间较长，通常需几个小时，甚至几天。
(4) 无交互能力。用户一旦把作业提交给系统后，直至作业完成，用户都不能与自己的作业进行交互，修改和调试程序极不方便。

多道批处理系统是一种十分有效，但又非常复杂的系统，为使系统中
的多道程序间能协调地运行，系统必须解决下述一系列问题：
(1) 处理机争用问题。既要能满足各道程序运行的需要，又要能提高处理机的利用率。
(2) 内存分配和保护问题。系统应能为每道程序分配必要的内存空间，使它们“各得其所”，且不会因某道程序出现异常情况而破坏其它程序。
(3) I/O设备分配问题。系统应采取适当的策略来分配系统中的I/O设备，以达到既能方便用户对设备的使用，又能提高设备利用率的目的。
(4) 文件的组织和管理问题。系统应能有效地组织存放在系统中的大量的程序和数据，使它们既便于用户使用，又能保证数据的安全性。
(5) 作业管理问题。系统中存在着各种作业(应用程序)，系统应能对系统中所有的作业进行合理的组织，以满足这些作业用户的不同要求。
(6) 用户与系统的接口问题。为使用户能方便的使用操作系统，OS还应提供用户与OS之间的接口。

分时系统的特征

分时系统与多道批处理系统相比，具有非常明显的不同特性，可以归纳成以下四个方面：
(1) 多路性。
(2) 独立性。
(3) 及时性。
(4) 交互性

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