一、操作系统的作用有三:
1、OS作为用户与计算机硬件系统之间的接口
2、OS作为计算机系统资源的管理者
计算机系统资源可分为四类:
(1)处理器
(2)储存器
(3)I/O设备
(4)信息(数据和程序)
OS的主要功能就是针对这四类资源进行有效管理,分别对应着:
(1)进程管理
(2)存储器管理
(3)设备管理
(4)文件管理
3、OS用作扩充机器
通常把覆盖了软件的机器称为扩充机或虚拟机,当人们为裸机覆盖上包含若干层次的OS之后,即可获得一台功能显著增强的多层扩充机器或多层虚拟机。
二、操作系统的种类有四:
1、脱机(Off-Line)I/O方式的人工操作方式
程序和数据的输入输出都是在外围机的控制下完成,它们是脱离主机的情况下进行的,故称为脱机输入/输出方式,反之,主机直接控制下进行输入/输出的方式称为联机(On-Line)输入/输出。其实磁盘在这里起着缓冲区的作用。
2、单道批处理系统
把一批作业以脱机方式输入到磁带(磁盘)上,计算机系统自动地一个作业一个作业顺序地进行处理,直到磁带(磁盘)上的作业全部完成。其特征为:自动性、顺序性、单道性。
3、多道批处理系统
一个作业一般都会用到(CPU)和(内存以及I/O设备),但只能在一个时刻使用(CPU)和(内存以及I/O设备)其中的一个,所以降低了(CPU)和 (内存以及I/O设备)的利用率,多道批处理系统即让多个作业交叉使用(CPU)和(内存以及I/O设备)。比如:A用(CPU)时,B正在用(内存以及 I/O设备),A用(内存以及I/O设备)时,B正在用(CPU)。这样(CPU)和(内存以及I/O设备)在每个时刻都有作业在用它,从而提高了 (CPU)和(内存以及I/O设备)的利用率,增加了系统的吞吐量。
其特征为:多道性、无序性、调度性。
优点为:资源利用率高、系统吞吐量大。
缺点为:平均周转时间长、无交互能力。(凡是批处理系统,其周转时间都很长,因为作业要排队)
4、分时系统
分时系统是指在一台主机上连接多个带有显示器和键盘的终端,同时允许多个用户通过自己的终端,以交互方式使用计算机,共享主机中的资源。
分时系统:首先要能够及时接受用户要求,即作业要放在内存上,不能放在外存上,作业在外存中不能运行
其次要能够及时处理用户命令,即每个作业系统都会为它分配固定的时间片,用完之后就轮到其他作业运行了,得等待下一次
其特征为:多路性、独立性、及时性、交互性。
5、实时系统
主要应用于实时控制,如:火炮的自动控制系统、飞机的自动驾驶系统以及×××的制导系统;和实时信息处理,如:飞机或火车的订票系统、情报检索系统
实时系统与分时系统的特征比较:
(1)多路性:分时系统为(系统)等待(终端用户)请求,然后为该终端用户提供服务;而实时系统为(系统)自动对(多路)的现场信息采集,然后为多路提供服务;
(2)独立性:分时系统为多个(终端用户)向(主机)提出服务请求,独立操作,互不干扰;而实时系统为(主机)对(多路)进行信息采集和对象控制,互不干扰;
(3)及时性:实时系统比分时系统的及时性更高;
(4)交互性:分时系统为(系统)为(终端用户)提供数据处理服务、资源共享服务等;而实时系统为(系统)只能为(多路)提供某些特定的专用服务程序;
(5)可靠性:实时系统比分时系统的可靠性更高;
三、操作系统的基本特性有四:
1、并发:
并行性与并发性的区别:并行性是指两个或多个时间在同一时刻发生,而并发行是指两个或多个时间在同一时间间隔内发生;
2、共享:
分互斥共享和同时访问两种方式;
互斥共享:只能等一个用完再到下一个用
同时访问:可以交叉着使用,即可以并发
3、虚拟:
所谓虚拟,是指通过某种技术把一个物理实体变为若干个逻辑上的对应物(如:只有一个物理CPU,通过虚拟处理机技术将其虚拟成多个逻辑CPU,从用户的角 度看,感觉是多个CPU在使用,实际上还是那一个物理CPU在使用,只是用户察觉不出来而已)。而用于实现虚拟的技术,称为虚拟技术。
有虚拟处理机技术,虚拟存储器技术和虚拟设备技术。
4、异步性:
多个进程并发执行时,一般都是交叉使用计算机中的某一个资源的,所以大多数进程通常不是“一气呵成”,而是以“停停走走”的方式运行,有可能最后进入的作业最先完成,所以进程是以人们不可预知的方向向前推进,此则进程的异步性。
四、操作系统的结构设计
1、传通操作系统结构包括:无结构操作系统、模块化OS结构、分层式OS结构
2、先进操作系统结构包括:微内核结构
微内核OS结构能有效地支持多处理机运行,非常适用于分布式系统环境。所谓微内核技术,是指精心设计的、能实现现代OS核心功能的小型内核,它与一般的 OS不同,它更小更精炼,它不仅运行在核心态,而且开机后常驻内存,它不会因内存紧张而被换出内存。微内核并非是一个完整的OS,而只是为构建通用OS提 供一个重要基础。
微内核的基本功能:
(1)进程管理
(2)存储器管理
(3)进程通信管理
(4)I/O设备管理