操作系統概覽

概念

電腦系統由硬體和軟體兩部分組成。操作系統（OS，Operating System）是配置在電腦硬體上的第一層軟體，是對硬體系統的首次補充。

操作系統的目標

1. 有效性

   • 提高系統資源利用率
   • 提高系統的吞吐量

2. 方便性

   • 使得電腦更容易被使用

3. 可擴充性

   • 方便增加新的功能和模塊

4. 開放性

   • 提供統一的開放環境
   • 遵循世界標準規範

操作系統的作用

1. 作為用戶與電腦硬體系統之間的介面，使用用戶更方便使用
2. 作為電腦系統資源的管理者，對資源進行協調提高系統各種資源的利用率
3. 實現對電腦資源的抽象

操作系統分類

1. 單用戶操作系統

   早期的微型電腦上運行的操作系統每次只允許一個用戶使用電腦，被稱為單用戶微機操作系統，如CP/M，MS-DOS等。

2. 批處理操作系統

   採用批量處理作業技術的操作系統稱為批處理操作系統。其中批處理作業是指用戶將一批作業提交給操作系統後就不再干預，由操作系統控制它們自動運行。並且分為單道批處理系統和多道批處理系統，不具有交互性。

   • 多道：同時多個作業在外存中排好隊列，系統按一定的調度原則從後備作業隊列中選出一個或者多個作業進入記憶體。
   • 單道：記憶體中僅有一道程式運行。

3. 分時操作系統

   一臺電腦採用時間片輪轉的方式同時為幾個、幾十個甚至幾百個用戶服務的一種操作系統。

4. 實時操作系統

   當外界事件或數據產生時，能夠接受並以足夠快的速度予以處理，其處理的結果又能在規定的時間之內來控制生產過程或對處理系統做出快速響應，調度一切可利用的資源完成實時任務，並控制所有實時任務協調一致運行的操作系統。

   • 硬實時（如果不能在允許時間內完成使物體可達的計算，操作系統將因錯誤結束
   • 軟實時（生產線仍然能繼續工作，但產品的輸出會因產品不能在允許時間內到達而減慢，這使機器人有短暫的不生產現象

操作系統的基本特性

1. 併發性

   • 並行：兩個或多個事件在同一時刻發生
   • 併發：兩個或多個事件在同一時間間隔內發生
   • 進程：操作系統引入進程的目的就是為了使得多個程式能併發執行，系統必須為每個程式建立進程。
   • 線程：20世紀80年代中期提出的比進程更小的單位，進一步提高系統的併發行

2. 共用性

   • 共用：系統中的資源可供記憶體中多個併發執行的進程（線程）共同使用，也稱之為資源共用或資源復用
   • 互斥共用：系統中某些資源一段時間內只允許一個進程進行訪問，一個進程訪問結束並釋放掉該資源後才允許其他資源訪問。這種資源被稱之為臨界資源或獨占資源。
   • 同時訪問：允許多個進程（線程）“同時”進行訪問（這裡的同時往往是指巨集觀上的同時）

3. 虛擬技術

   • 時分復用技術
     • 虛擬處理機技術
     • 虛擬設備技術
   • 空分復用技術
     • 虛擬磁碟技術
     • 虛擬存儲器技術

4. 非同步性

   • 進程的非同步性：進程是以人們不可預知的速度向前推進

操作系統的主要功能

• 處理機管理功能
  • 進程式控制制
  • 進程同步
  • 進程通信
  • 調度
• 存儲器管理功能
  • 記憶體分配
  • 記憶體保護
  • 地址映射
  • 記憶體擴充
• 設備管理功能
  • 緩衝管理
  • 設備分配
  • 設備處理
• 文件管理功能
  • 文件存儲空間管理
  • 目錄管理
  • 文件的讀寫管理和保護
• 操作系統與用戶之間的介面
  • 用戶介面
  • 程式介面

總結

總而言之，言而總之，操作系統是為了讓我們的電腦更高效的為我們工作。