文章目录

  • 操作系统——特征
  • 操作系统——功能
  • 操作系统——阶段与分类
  • 分时操作系统特征


操作系统是计算机系统中

最基本的

系统软件

操作系统——特征

  1. 并发性
    在多道程序环境下，并发性是在同一时间间隔内，系统中同时存在多个运行中的程序。
    任务管理器中，在进程一栏中，我们可以看见多个不同类型的程序同时处于运行的状态。

这里需要注意的是 同一时间间隔发生多个事件（并发性） 与 同一时刻发生多个事件（并行性） 之间的区别：

正所谓外行看热闹，内行看门道。
上面所说的多个不同类型的程序同时处于运行的状态，正是我们在任务管理器里宏观看到的；但是实际上在单处理机环境下，每个时刻都只能有一道程序进行，所以操作系统的并发性是通过分时实现的，并不是我们看到的同时刻运行。

  1. 共享性
    资源共享，系统中的资源不是只供单个进程应用的，而是供多个并发进程共同使用，共享方式主要分为两类：
    ①互斥共享方式
    某些特定的资源，如果同时使用会造成输出混乱，因此在一时间段内只允许由一个进程访问资源，这个进程释放后才能调用下一个进程。eg：打印机……
    ②同时访问方式
    有一类资源在一段时间内可被多个进程"同时"访问，这里说的同时还是上面说的分时的意思，进程交替地对资源进行访问，即分时共享。eg：磁盘设备

并发 与 共享是操作系统最基本的特征，互为存在的条件：
1）资源共享以程序并发执行为条件，只有程序并发，才存在共享的问题；
2）如果不能合理地进行资源共享，也会影响并发的进行，甚至不能并发执行。

  1. 虚拟性
    顾名思义，将一个实体转换成逻辑上的对应物，用于实现虚拟的技术，称为虚拟技术，操作系统中使用了多种虚拟技术来实现虚拟处理器、虚拟内存、虚拟外设等。
    虚拟处理器技术是通过多道程序设计技术，采用多道程序并发执行方法来分时使用一个处理器的，所以一个处理器可以供多个用户（终端）使用。
    综上所述：操作系统的虚拟技术可以分为 时分复用技术（eg：分时共享）， 空分复用技术（eg：虚拟存储器）

一台电脑中只有一个CPU，每次只能执行一道程序，但是通过分时使用，在一段时间间隔内宏观上来看这台处理机能同时运行多道程序；但是通过分时使用，会给用户每道程序都有一个CPU为其服务的感觉，也就是说多道程序设计技术会把一台物理上的CPU虚拟为多台逻辑上的CPU

  1. 异步性
    多道程序设计环境可以允许多个程序并发执行，但因为资源有限，进程的执行并不连贯（eg：就像我们所说的运行内存超出这个上限，打开的进程会以出队列顺序被强行终止），以不可预知的速度向前推进。也就是说多道程序执行的时间和顺序都是随机的

异步会导致操作系统运行在一个随机的环境下，可能导致进程产生与时间有关的错误，但只要环境相同就不会产生该种错误。

操作系统——功能

举例：用户就像雇主（给工人下命令），操作系统就像工人（接收命令，操纵机器），计算机就像机器（由处理机、存储器、设备和文件几个设备组成），工人（扩充机器）接收命令（接口），机器开始运转功效。

  1. 操作系统五大基本功能
    ①处理机管理
    处理机管理主要功能是对处理机的分配和运行实施有效的管理。多种环境下，处理机的分配和运行都以进程(或线程)为单位，所以处理机管理也可以说成进程管理

进程管理功能划分：
1）进程控制
-----------负责进程的创建、撤销和状态转换
2）进程同步
-----------对并发执行的程序进行协调
3）进程通信
-----------负责进程之间的信息交换
4）进程调度
-----------依据算法对处理机进行分配

②存储器管理
为多道进程的运行提供良好环境，对内存进行分配、保护和扩充等操作，方便客户使用，提高内存利用率
主要实现以下功能：

存储器管理功能划分：
1）内存分配
-----------按一定策略为每道程序分配内存
2）内存保护
-----------保证各个程序在自己的内存区域内运行，互不干扰
3）内存扩充
-----------为了允许大型作业的运行，需要借助虚拟技术来达到增加内存的效果dayingsai

③设备管理
外设的管理是操作系统中最琐碎的部分，主要完成用户的I/O请求，对计算机内的所有设备实施有效管理

设备管理功能划分：
1）设备分配
-----------根据一定设备分配原则对设备进行分配
2）设备传输控制
-----------实现物理I/O操作。譬如说：启动设备、中断处理etc.
3）设备独立性
-----------用户程序的设备与实际使用的物理设备无关

④文件管理
计算机中的信息都是以文件形式存在的，操作系统中文件系统负责文件管理。主要任务就是：有效地支持文件存储、检索和修改，以解决文件共享、保密和保护问题。

设备管理功能划分：
1）文件存储空间管理
2）目录管理
3）文件操作管理
4）文件保护

⑤用户接口
为了方便用户的使用，操作系统还提供了用户接口

用户接口主要分为3类：
1）命令接口 使用命令接口进行作业控制主要有两种方式：
①联机控制方式
②脱机控制方式 按照作业控制方式可以将命令接口分为：
①联机命令接口(交互式命令接口)
②脱机命令接口(批处理命令接口)
2）程序接口
由一组系统调用(广义指令)组成，用户通过程序接口请求调用需求的资源。
3）图形接口

  1. 扩充机器
    没有任何软件支持的计算机叫裸机在计算机最里边，外边是操作系统，操作系统加强并丰富了裸机的功能，通常把覆盖软件的机器称为虚拟机（JVM）

操作系统——阶段与分类

操作系统gho esd_批处理系统

一、手工操作（无操作系统）阶段
二、批处理阶段

  1. 单道批处理系统
    系统对作业的处理是成批进行的，但在内存中只有一道作业。
    单道批处理系统是在解决人机矛盾(速度和资源利用) 以及 CPU和I/O设备速率不匹配的矛盾中形成的，其主要特征有：
    ①自动性
    顺序情况下，磁带上的一批作业能自动的逐个运行，不需要人工干预。
    ②顺序性
    磁带上各道作业顺序进入内存，完成顺序与进入的顺序相同。
    ③单道性
    内存中只有一道程序运行，监督程序每次只从磁带上调入一道程序进入内存中运行，当该程序完成或发生异常时，才换入其后继程序进入内存运行。

缺点：每次主机内存中只能存放一道作业，每当运行时发出I/O请求后，高速CPU就会处于等待低俗的I/O完成状态。

  1. 多道批处理系统 鉴于上述单道批处理系统的不足，引入了多道程序设计技术，进一步提高了资源利用率和系统吞吐量。多道程序设计技术允许多个程序同时进入内存并允许他们在CPU中交替运行，程序之间可以共享系统中的各种软硬件资源，当一道程序停止运行后，CPU会立即去运行另一道程序。不注重个体的完成效率，但是对于庞大的整体极大的节约了时间，提升了整体的效率。但是多道批处理系统要比单道批处理系统复杂得多，要涉及各种资源调度问题

操作系统gho esd_操作系统gho esd_02

特点：
①多道
内存中同时存放多道相互独立的程序；
②宏观上并行
同时进入系统的多道程序都处于运行状态（先后开始运行，但都未运行完毕）；
③微观上串行
内存中多道程序按顺序轮流占用CPU，交替执行。
多道程序设计技术需要满足以下几个问题：
①如何分配处理器
②多道程序的内存分配问题
③I/O设备如何分配
④如何组织，存放大量数据以便于用户使用并保证安全性和一致性

优点： 资源利用率高，多道程序共享资源，系统的吞吐量大，CPU与其他资源保持忙碌状态。
缺点： 用户响应时间长，不提供人机交互能力，用户不了解自己程序运行的情况，也不能控制计算机。

三、分时操作系统
分时技术就是把处理器的运行时间分成一个个很短的时间片，按时间片轮流把处理器分给各联机作业使用。如果某个作业在分配给它的时间内不能完成，该作业也立即停止，换到下一个作业使用处理器，如此一轮之后再轮到该作业继续之前的运算，是不是很像高速上开错了路口😫，但是计算机运行的速度极快，用户就感觉像是自己独占了一台计算机。

分时操作系统就是多个用户通过终端共享一台主机，终端连在主机上，用户可以同时与主机进行交互操作并且互不干扰，因此实现分时系统最关键的问题就是：当用户在自己的终端键入命令时，系统如何能及时接收并处理该命令，将结果返回用户，用户再通过系统返回的运行结果，提出下一步请求，重复以上交互会话过程直到用户预计的全部工作都已完成。不同于多道批处理，分时系统是实现人机交互的系统，这使得分时系统与批处理系统有了本质上的不同。

分时操作系统特征

  1. 同时性(多路性) 允许多个终端用户同时使用一台计算机，即一台计算机与若干台终端相连，终端上这些用户可以基本同时使用计算机。
  2. 交互性 用户能与系统进行人机对话，即用户通过终端采用人机对话的方式直接控制程序运行，同程序进行人机交互。
  3. 独立性 分时系统采用时间片轮转方式使一台计算机同时为多个终端服务。系统中多个用户独立进行操作，互不干扰。
  4. 及时性 用户请求能在很短的时间内获得响应。（通常为2~3s）

缺点：精密大数据系统不能保证对外部信息做出即时(<时间片)的反应(eg：飞机订票系统，导弹制导系统)

四、实时操作系统
为在规定时间内完成某些紧急任务不需要时间片排队而诞生的操作系统。对外部键入的信息，实时操作系统要求秒级、毫秒级甚至微秒级的响应时间，具有及时性和可靠性。

  1. 硬实时系统（实时控制系统）
    某个动作必须绝对地在规定的时间或时间范围内发生。（eg：飞机自动控制系统）
  2. 软实时系统（实时信息处理系统）
    相比于硬实时系统，可以接收违反时间规定而且不会引起永久性伤害。计算机及时接收从远程终端发来的服务请求，根据用户提出的问题对信息进行检索处理，并在很短时间内对用户做出正确的响应（eg：飞机订票系统，银行管理系统）

批处理操作系统，分时操作系统，实时操作系统是3大基本操作系统，若是一种操作系统有其两种的功能，那么就可以称为通用操作系统。

五、其他操作系统

  1. 集群系统
  2. 嵌入式操作系统
  3. 网络操作系统
    把计算机网络的各台计算机有机的结合起来，提供一种统一、经济和有效的使用各台计算机的办法，实现各台计算机数据的相互传送。主要的特点有：网络中各种资源的共享，各台计算机之间的通信
  4. 分布式计算机系统
    由多台计算机组成，并满足下列条件：
    ①系统中任意两台计算机通过通信方式交换信息
    ②系统中每台计算机都具有同等地位，没有主机、从机之分
    ③每台计算机上的资源为所有用户共享
    ④系统中任意台计算机都可以构成一个子系统，还能重构
    ⑤任何工作都可以分布在几台计算机上，并行工作，协调完成
    主要的特点有：分布性，并行性

本质区别：网络操作系统是各机共享资源，数据传送；分布式计算机系统是若干计算机协同完成同一任务