操作系统的定义

  • 操作系统是一个系统软件,负责 有效 管理软硬件,合理 组织工作流程,向用户提供各种服务和功能。

操作系统的特征

  • 并发性 (宏观上各个程序并发执行)

  • 共享性(多个用户程序共享软硬件资源)

    共享方式分为 互斥共享同时共享

  • 随机性 (运行的环境、事件的发生是随机的)

操作系统的功能

  • 进程管理

    进程控制(创建、撤销、状态转换)

    进程同步,进程间通信,进程调度

  • 存储管理

    • 内存的分配与回收
    • 不同进程间的数据隔离(存储保护)
    • 结合内存和外存(内存扩充)
  • 文件管理
    • 存储空间的管理
    • 目录管理
    • 文件系统安全性
  • 设备管理
    • 中断处理
    • 错误处理
  • 用户接口

操作系统的分类

  • 批处理操作系统

    • 流程自动化,资源利用率高
    • 用户模式(目态)与特权模式(管态)
    • 输入输出、停机等指令为特权指令,由监控程序执行
    • 用户程序通过系统调用执行特权指令
    • 系统调用
    • 发生中断 / 异常,控制流程交给监控程序
    • 处理器变为特权模式
    • 由监控程序执行代码
    • 恢复系统调用前现场,处理器恢复为用户模式,将控制权交还用户程序

    • SPOOLing(假脱机技术)

    • 主机从磁盘读取任务,管理员将任务写进磁盘
  • 分时系统

    • 连接多个终端,以时间片轮转的方式处理请求
    • 特点
    • 多路性,交互性,独占性(使用者感受不到其他用户的存在)
    • 及时性(系统实时给予反馈)
  • 实时操作系统
    • 在规定时间内及时响应
    • 分为硬实时(严格)与软实时
    • 功能
    • 实时时钟管理(定时执行任务,触发中断执行任务)
    • 过载防护
    • 高可靠性
  • 个人计算机操作系统

  • 网络操作系统

  • 分布式操作系统
    • 是一个统一的系统,所有主机使用的是同一个系统
    • 资源深度共享,任务可以从一台主机迁移到另一台主机执行
    • 透明性(屏蔽了硬件细节,用户眼中是一台主机)
    • 自治性(没有主从关系,一台主机的失效一般不影响整个系统)
    • 集群是分布式系统中的一种,一般由一群处理器密集构成,可以用低成本的硬件来构建

操作系统的结构

  • 整体式结构

    • 早期的设计结构,将系统功能不断分解至单一功能,通过接口连接各模块
    • 结构紧密,接口简单,系统效率高
    • 模块组合法
    • 数据作为全局量使用
    • 由于基于大型数据表,常常需要全局中断,导致系统并发性差
    • 模块之间转接随便,互相牵连,独立性差,结构不清晰
  • 层次结构
    • 将系统功能分层实现,各层之间单向依赖,单向调用
    • 可以方便的替换掉其中一层,不影响其他层
    • 分层方式
    • 中断处理、输入输出、BIOS 作为最底层
    • 包括各种作业方式(批处理、分时处理等)的实现作为中间层
    • 语言解释器,用户接口作为顶层
  • 微内核(客户机 – 服务器)结构
    • 适用于分布式环境
    • 内核运行在核心态,提供线程调度,虚拟存储,消息传递,设备驱动,原语操作集,中断处理功能
    • 内核采用层次结构,实现基本的操作系统,提供很小的功能集合
    • 以 C-S 结构运行的进程层,在用户态运行,分为若干个独立进程,实现一组服务,称服务进程
    • 用户应用与服务进程运行于同一层
    • 可靠、灵活、但大量通信导致系统效率较低