操作系統原理之操作系統簡介（第一章）

一、 什麼是操作系統

操作系統：是一種複雜的系統軟體，是不同程式代碼、數據結構、數據初始化文件的集合，可執行。

操作系統是用戶與硬體之間的介面：操作系統與硬體部分相互作用，並且為運行在電腦上的應用程式提供執行環境

 資源的管理理者：

• 處理理機管理：決定把處理機先給哪個程式⽤，後給哪個程式⽤
• 記憶體管理：給程式分配記憶體空間
• 設備管理：完成怎麼分配設備，分配哪台設備，怎麼和設備連接等
• 文件管理：為每個⽂件分配空間、建⽴⽬錄，對⽬錄進⾏組織管理 以及根據⽤戶請求從外存讀取數據或將數據寫⼊外存

二、 操作系統的發展

單道 批處理系統：

• 單道批處理系統記憶體中只有⼀道作業     
• 特點：⾃動性、順序性、單道性
• 優點：減少了等待人工操作的時間  
• 缺點：CPU資源不能得到充分的利用

多道 批處理系統：由操作系統的作業調度程式按⼀定策略從後備作業隊列中選擇若⼲個作業 調⼊記憶體，使它們共用CPU和系統中的各種資源

• 特點：多道性、⽆序性、調度性、複雜性
• 優點：提搞的CPU、記憶體、I/O設備的利用率和系統的吞出來
• 缺點：系統平均周轉時間長

分時 操作系統：允許多個⽤戶通過終端機同時使⽤電腦，每個⽤戶通過終端與主機交互 時都能得到快速響應

• 特點：多路性、獨⽴性、及時性、交互性

實時 操作系統：實時系統必須及時響應外部事件的請求，在規定時間內完成 對該事件的處理。主要⽤於實時控制和實時信息處理領域

• 特點：多路性、獨⽴性、及時性、交互性、可靠性

操作系統產品現狀

 三、 操作系統的特征

現代操作系統都⽀持多任務， 具有併發、共用、虛擬和非同步性特征。

• 併發：兩個或者多個事件在同一時間間隔內發生。主要由於引入多道程式系統，從而使操作系統具有併發性
• 共用：系統中的資源可供記憶體中多個併發執行的進程共同使用
• 虛擬：最常用記憶體虛擬化，用戶感覺到的記憶體大於實際記憶體
• 非同步：進程以不可預知的速度向前推進

四、 操作系統的功能

 記憶體管理：記憶體管理的主要任務是為多道程式的運⾏提供良好的 環境，⽅便⽤戶使⽤記憶體，提⾼記憶體的利⽤率，以及 從邏輯上擴充記憶體以實現虛擬存儲。

1）記憶體分配 ：主要任務是為每道程式分配記憶體空間，可採⽤兩種分 配⽅式，即靜態分配⽅式和動態分配⽅式。靜態分配⽅式：先把記憶體劃分為大小數量固定的區域之後不在變化。動態分配⽅式：根據進程實際請求分配記憶體。

2）記憶體保護：主要任務：⼀是使操作系統內核的空間不會被⽤戶隨意訪問，以保證系統的安全和穩定；⼆是確保每道⽤戶程式都在⾃⼰的記憶體空間中運⾏，互不⼲擾。操作系統實現記憶體保護的⽅式之⼀： 採⽤界限寄存器存放允許程式訪問的地址區間的上限 和下限。

3）地址映射：CPU執⾏程式過程中訪問記憶體時，需要把程式的邏輯 地址轉變為物理地址，這個轉換過程稱為地址映射

4）記憶體擴充：藉助於虛擬技術，從邏輯上擴充記憶體容量，使系統能 夠向⽤戶提供⽐物理記憶體⼤的存儲容量。

記憶體擴充的實現方式：1、請求調⼊： 允許系統在裝⼊⼀部分⽤戶程式時就啟動該程式運 ⾏，在程式運⾏過程中若發現要執⾏的指令或訪問的 數據尚未裝⼊記憶體，通過請求調⼊將需要指令或數據 裝⼊記憶體；2、置換功能： 在請求調⼊時，若發現記憶體空間不⾜，需要先將記憶體 中的⼀部分內容換到外存中，以便騰出記憶體空間裝⼊ 當前需要的內容。

 進程管理：進程的描述與組織、進程式控制制、進程同步、進程通信 及進程調度

設備管理：設備管理主要是完成⽤戶的I/O請求，為⽤戶分配I/O設備。設備管理具有以下功能： 1）緩衝管理 2）設備分配 3）設備處理 4）設備獨⽴性和虛擬設備（設備獨⽴性功能使應⽤程式獨⽴於物理設備）

 *************************************************提供用戶介面*****************************

圖形⽤戶接⼝：⽤戶可以輕鬆地通過選擇窗⼝、菜單、對話框、 滾動條、圖標等簡單的操作來完成對作業和任務 的提交與控制。

 程式接⼝：系統調⽤是⼀組預先定義好的模塊，它們提供⼀條 管道讓應⽤程式或⽤戶能由此得到核⼼程式的服務

系統調用：操作系統為程式員提供的介面是一組系統調用

 五、操作系統的體繫結構

 六、 指令的執行

程式是指令的集合，程式的執⾏就是按照某種控制流執⾏指令的過程。

 ********************************************指令動作***************************************************