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定义

操作系统是一种复杂的 系统软件 ,是不同 程序代码 数据结构 数据初始化文件 的集合,可执行。

操作系统屏蔽硬件细节,提供 用户计算机硬件 之间的 接口 ,使 应用程序 的开发变得简单高效。

目标:

与硬件部分相互作用
为应用程序提供执行环境

重要特点:支持 多任务

管理资源:

处理机管理(cpu)- 决定给哪个程序用
内存管理 - 给程序分配内存空间
设备管理 - 怎么分配设备,分配哪台设备,怎么和设备连接
文件管理 - 为文件分配空间,建立目录,在外存进行读写
网卡、带宽

发展

无操作系统(1946年)
单道批处理系统(20世纪50年代)
内存中任意时刻只有一道作业,资源被独占
特点:自动、顺序、单道性
优点:减少了等待人工操作的时间
缺点:资源利用不充分
多道批处理系统(20世纪60年代)
由操作系统的 作业调度程序 按一定策略从 后备作业队列 中选择若干个作业调入内存,共享资源
特点:无序、多道、调度、复杂性
优点:提高资源利用率和系统吞吐量
缺点:平均周转时间长,缺乏交互能力
分时操作系统
允许 多个用户 通过终端机 同时使用 计算机,交互得到 快速响应
特点:多路性、独立性、及时性、交互性
优点:提供了 人机交互的方便性 ,共享主机
实时操作系统
及时响应 外部请求,用于 实时控制实时信息处理
特点:多路性、独立性、及时性、交互性、可靠性

现代操作系统特征

支持多任务

并发:多个事件在同一时间间隔内发生
共享
虚拟:使每个用户感觉自己独占了资源
异步性:程序的运行结果、运行次序以及多次运行的时间都不确定

功能

管理资源

内存管理
提高 内存利用率 ,从 逻辑上扩充内存 实现 虚拟内存
内存分配:静态分配、动态分配
内存保护:保护 内核空间 ,确保 用户程序 运行在 自己的内存空间 ,互不干扰
地址映射:物理内存映射到逻辑内存
内存扩充:虚拟技术逻辑 扩充,提供比物理内存大的容量
进程管理:进程的描述与组织、控制、同步、通信和调度
设备管理:
完成用户的 I/O请求 ,分配 I/O设备
缓冲管理
设备分配
设备处理
独立性和虚拟
文件管理:
存储空间的管理:提高外存利用率,提高文件访问速度
目录管理:建立目录项
读写管理和存取控制:从外存读数据或数据写入外存

提供用户接口

命令接口:
方便交互
联机 用户接口:一组 键盘操作命令命令解释程序
脱机 用户接口:批处理用户接口
图形用户接口
程序接口:系统调用

体系结构

是一种 软件 的体系结构。

简单的监控程序模型:功能简陋,任意时刻只能运行一个任务
单体结构模型:所有的软件和数据结构都放置在一个逻辑模块中,对外提供统一内核界面(UNIX)
层次结构模型:分解为多个小的、容易理解的层
C/S 模型和微内核结构:核心功能外移(Windows NT)
动态可扩展结构模型:运行时动态地实现系统行为扩展的结构

指令的执行

程序是指令的集合 ,程序的执行就是按照某种控制流执行指令的过程

指令周期
一个 单一指令 需要的处理
分为 取指周期执行周期
程序计数器(PC):保存下一次要取的指令的地址
指令寄存器(IR):保存取到的指令

处理器解释指令并执行要求的动作:

处理器与存储器 之间的 指令或数据传送 操作
处理器与I/O设备 之间的 指令或数据传送 操作
算术运算 操作或 逻辑运算 操作
控制 操作,即 修改指令的执行顺序 的操作