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1、学习操作系统，首先我们应该知道操作系统的概念。本章主要讲述了以下几个问题。 一、什么是操作系统 二、操作系统的形成 三、操作系统的类型 四、操作系统的功能一、什么是操作系统在回答这个问题之前，我们先来了解一下什么是计算机系统。计算机系统是按用户的要求接收和存储信息、自动进行数据处理并输出结果信息的系统。计算机系统由硬件系统和软件系统组成。软硬件系统的组成部分就是计算机系统的资源，当不同的用户使用计算机时都要占用系统资源并且有不同的控制需求。操作系统就是计算机系统的一种系统软件，由它统一管理计算机系统的资源和控制程序的执行。操作系统的设计目标一是使计算机系统使用方便。二是使得计算机系统能高效地工
2、作。二、操作系统的形成早期没有操作系统原始汇编系统管理程序操作系统可以看到，操作系统是随着计算机硬件的发展和应用需求的推动而形成的。三、操作系统的类型按照操作系统提供的服务，大致可以把操作系统分为以下几类：批处理操作系统、分时操作系统、实时操作系统、网络操作系统和分布式操作系统。其中批处理操作系统、分时操作系统、实时操作系统是基本的操作系统(加亮 ) 1、批处理操作系统按照用户预先规定好的步骤控制作业的执行，实现计算机操作的自动化。又可分为批处理单道系统和批处理多道系统。单道系统每次只有一个作业装入计算机系统的主存储器运行，多个作业可自动、顺序地被装入运行。批处理多道系统则允许多个作业同时装入
3、主存储器，中央处理器轮流地执行各个作业，各个作业可以同时使用各自所需的外围设备，这样可以充分利用计算机系统的资源，缩短作业时间，提高系统的吞吐率。2、分时操作系统，这种系统中，一个计算机系统与许多终端设备连接，分时系统支持多个终端用户，同时以交互方式使用计算机系统，为用户在测试、修改和控制程序执行方面提供了灵活性。分时系统的主要特点是同时性、独立性、及时性和交互性。3、实时操作系统能使计算机系统接收到外部信号后及时进行处理，并在严格的规定时间内完成处理，且给出反馈信号。它是较少有人为干预的监督和控制系统。实时系统对可靠性和安全性要求极高，不强求系统资源的利用率。4、网络操作系统可以把若干计算机
4、联合起来，实现各台计算机之间的通信及网络中各种资源的共享，像我们现在使用的 Windows ，UNIX 和 Linux 等操作系统都是网络操作系统。5、分布式操作系统的网络中各台计算机没有主次之分，在任意两台计算机间的可进行信息交换和资源共享。这一点上分布式操作系统和网络操作系统差别不大，他们的本质区别在于：分布式操作系统能使系统中若干计算机相互协作完成一个共同的任务。这使得各台计算机组成一个完整的，功能强大的计算机系统。四、操作系统的功能从资源管理的观点出发，操作系统功能可分为五大部分：处理器管理、存储管理、文件管理、设备管理和作业管理。操作系统的概念让我们先从计算机系统开始，接着引入操作系
5、统。计算机系统是一种可以按用户的要求接收和存储信息、自动进行数据处理并输出结果信息的系统。计算机系统包括硬件子系统和软件子系统。硬件系统是计算机赖以工作的实体， 它包括中央处理器(CPU)、 主存储器、外存储器以及各种类型的输入输出设备;软件系统则保证了计算机系统按用户指定的要求协调地工作，它包括各种程序和数据 ;这两个部分又构成了计算机系统的资源，各个程序及各用户对计算机资源的要求和使用是不同的，适当的控制和协调计算机资源的分配是必要的。由此，我们引入了操作系统：在计算机系统中，集中了资源管理功能和控制程序执行功能的一种软件，称为操作系统。操作系统的特点1. 并发性：计算机系统中存在若干个运
6、行的程序，从宏观上看，这些程序在同时向前推进。注意并行性和并发性这两个概念的区别：并行性是指两个或多个事件在同一时刻发生 (微观概念 )， 而并发性是指两个或多个事件在同一时间的间隔内发生 (宏观概念 )。2. 共享性：操作系统程序与多个用户程序共用系统中的各种资源：中央处理器，内外存储器，外部设备等。共享的两种形式：互斥共享和同时共享。3. 随机性：操作系统的运行是在随机的环境下运行的。这种随机环境的含义是：操作系统不可能对所运行的程序的行为以及硬件设备的情况作出任何事先的假定。对操作系统本质的不同观点由于对操作系统本质的不同观点，将会影响操作系统的设计思想。对操作系统的几种观点如下：1.软
7、件的观点， 将操作系统以软件的形式来学习和研究，但要注意的是它又具有一般应用软件不具备的特殊结构。2.资源管理的观点， 操作系统就是要负责用户和系统程序更有效的使用和协调计算机系统的各个资源(硬件和软件资源)。3.进程的观点， 可以简单的认为进程是运行中的程序，每个进程都完成某一特定的任务，可以是系统任务，也可以来自用户提交的作业任务。依据这种观点，主要侧重于分析系统各部分的并行工作，并处理和管理任务相互之间的关系。4.虚拟器的观点，在操作系统的支持下将原来的计算机(裸机)扩充为功能强的计算机系统，我们把这种计算机系统称为虚拟计算机。 操作系统的全部功能，包括系统调用/命令 /作业控制语言等，
8、统称为操作系统虚拟器。可以将操作系统再分解为若干层次，每个层次完成特定的功能，从而构成一个虚机器，并为上层提供支持。通过逐个层次扩充并最终完成整个操作系统虚拟器的构造。5.服务提供者的观点， 操作系统提供了一系列的功能和便利的工作环境为用户服务，所以可以把操作系统看作是服务提供者。在严格时间范围内，对外部请求做出反应，系统具有高度可靠性。实时操作系统主要有两大类：硬实时系统和软实时系统。硬实时系统在事件处理时对时间有极严格要求，而软实时系统在事件处理中仅是一定时间范围的要求。5. 个 人 计 算 机 操 作 系 统 (Personal Computer Operating System) 主要
9、供个人使用，在某一时间内为单个用户服务，采用图形界面人机交互方式，界面友好，使用方便，用户无需专门知识，也能熟练地操纵系统。5. 网络操作系统基于计算机网络的、在各种计算机操作系统之上按网络体系结构协议标准设计开发的软件，它包括网管理、通全、安全、资源共享和各种网络应用。分布式操作系统将大量的计算机通过网络连结在一起，以获得极高的运算能力及广泛的数据共享。与网络操作系统一样，同样基于计算机网络，但与网络操作系统不同在于：连结在网络上的各计算机采用统一的操作系统，且分布式操作系统淡化了所访问资源的位置，即网络的概念在应用层被淡化了，而网络操名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - -
10、 - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 1 页，共 3 页 - - - - - - - - - 作系统对资源的访问就必须显示的指明资源的位置和类型。学习体会上文只是很简单地对操作系统的功能、特点等作了一个小结，让我对操作系统似乎有点清楚了，不就是有组织的管理计算机系统资源的软件吗?好了好了， 操作系统确实是软件，但不要把它与平时应用程序软件相提并论哦，对操作系统不同的认识产生了对操作系统设计思想的差异，上文已讲得很清楚了。让我们看一下windows2000 个人计算机操作系统(兼有分布式操作系统的功能)，它对资源管理、进程调度、虚
11、拟器分层做得可是一点不差。进一步考察windows2000 操作系统的分层，我也来划分一下：用户界面，应用程序，作业管理，文件管理，输入输出(I/O) 管理，进程通信，存储管理，处理器管理，到最后对各硬件设备的操作。Windows2000 操作系统在与用户程序交互的同时，比如你打开一个word 处理程序，你是否想过系统作了些什么呢?开始时系统需要为word 处理程序进行存储资源的分配，然后就是进程的管理，还有要将你处理完成的结果输出到各种各样的外部设备， 要知道我们的word 处理程序随时可能会崩溃，系统还需要有极强的容错性和稳定性，能够避免由于应用程序的不稳定，而影响整个应用程序的不稳定，W
12、indows2000 操作系统对上述问题都提供了相应的解决方案。操作系统的分类1.批处理操作系统基本工作方式：用户将作业交给系统操作员，系统操作员收到作业后，并不立即将作业输入计算机，而是在收到一定数量的用户作业后，组成一批作业，再把这批作业输入到计算机中进行批处理。早期的批处理监控程序不具备并发功能，为了提高硬件资源利用率，主要通过假脱机(SPOOLing) 技术实现了真正并发机制的多道批处理系统：即在内存中同时保持多个作业，主机可以以交替的方式同时处理多个作业。2.分时系统为弥补批处理方式不能提供交互式快速服务的缺点而发展起来的。基本工作方式：一台计算机主机连接了若干个终端，每个终端可由一
13、个用户使用，用户通过终端交互式地向系统提出命令请求，系统接受用户命令后，采用时间片轮转的方式处理服务请求，并通过交互方式在终端上向用户显示结果。用户根据系统送回的处理结果发出下一道交互命令。分时操作系统具有多路性、交互性、独占性和及时性的特点。典型的UNIX操作系统结合了分时系统和批处理系统的特点。在通用操作系统中，对于分时与批处理的处理原则是：分时优先，批处理在后。并且一般把系统的分时和批处理运行状态称称为前台和后台，前台作业主要处理来自终端用户的、交互式的、比较小的且需要及时处理的作业;后台作业主要处理运行时间较长、要调用其他外部设备的、大型的无需终端用户干预的，且不需要立即处理的作业。3
14、.实时操作系统 (RTOS：Real Time Operating System) 第三章处理器管理第一节多道程序设计一、什么是多道程序设计含义：让多个计算问题同时装入一个计算机系统的主存储器并行执行，这种设计技术称为“多道程序设计”，这种计算机系统称为“多道程序设计系统”或简称“多道系统”程序浮动：程序可以随机地从主存的一个区域移动到另一个区域，程序被移动后仍丝毫不影响它的执行，这种技术称为“程序浮动”。二、为什么要采用多道程序设计(优点 ) 1、提高了处理器的利用率。2、充分利用外围设备资源。3、发挥了处理器与外围设备以及外围设备之间的并行工作能力。三、采用多道程序设计应注意的问题(缺点
15、) 1、可能延长程序执行时间2、并行工作道数与系统效率不成正比第二节进程概念一、定义1、定义：把一个程序在一个数据集合上的一次执行称为一个进程。2、程序与进程的区别1)程序是静止的 ;进程是动态的 ; 2)进程包括程序和程序处理的对象(数据集 )，进程能得到程序处理的结果 ; 3、进程的分类：系统进程和用户进程两大类系统进程：完成操作系统功能的进程用户进程：完成用户功能的进程二、进程的属性1、进程的动态特性2、多个不同的进程可以包含相同的程序3、三种基本状态：等待态：等待某个事件的完成就绪态：等待系统分配处理器以便运行运行态：占有处理器正在运行4、进程可以并发执行三、进程队列(1)进程控制块为
16、了标识进程，记录各个进程执行时的情况，操作系统为每个进程都设置一个“进程控制块” 。进程控制块的英文缩写PCB。进程控制快包含四类信息：标识信息、说明信息、现场信息和管理信息。(2)进程的创建和撤消创建：请求系统为一个程序分配一个工作区和建立一个进程控制块，一个刚创建的进程，初态为“就绪态”撤消：系统收回进程的工作区和取消进程控制块(3)进程队列定义：把处于相同状态的进程链接在一起，称为进程队列。分类：就绪队列和等待队列两种链接方式：单向链接和双向链接两种第三节中断系统一、中断和中断类型中断：一个进程占有处理器运行时，由于自身或外界的原因使运行被打断，让操作系统处理所出现的事件，到适当的时候再
17、让被打断的进程继续运行，这个过程称为中断。中断的分类：1、强迫性中断事件1) 硬件故障中断2)程序性中断事件3)外部中断事件4)输入输出中断事件名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 2 页，共 3 页 - - - - - - - - - 2、自愿性中断事件又称为“访管中断”二、中断响应定义：处理器每执行完一条指令后，硬件的中断装置立即检查有无中断事件发生，若有中断事件发生，则暂停现行进程的执行，而让操作系统的中断处理占用处理器，这一过程称“中断响应”。1、中断寄存器：是记录
18、强迫性中断事件的寄存器。2、程序状态字：1)定义：缩写PSW，是用来控制指令执行顺序并且保留和指示与程序相关的系统状态。2)组成：包含程序基本状态、中断码、中断屏蔽位三部分内容。3、中断响应三种 PSW：当前 PSW，旧 PSW，新 PSW 三、中断事件的处理1、保护被中断进程的现场场信息2、分析中断原因3、处理发生的中断事件各种中断事件的处理原则1)硬件故障中断事件的处理：人工干预2)程序性中断事件的处理：输也信息，让进程等待干预3)外部中断事件的处理：根据中断原因进行处理4)输入输出中断事件的处理P124 操作正常结束：当通道状态字中仅有通道结束、控制器结束和设备结束操作异常结束：设备故障
19、先组织通道程序复执，经复执后仍未排除，输出信息，请人工排除。5)自愿中断事件的处理：根据系统功能模块入口表，把处理转交给功能模块进行。四、中断优先级和中断屏蔽中断优先级是按中断事件的重要性和紧迫程度来确定的，是在硬件设计时固定的。一般情况下，优先级的高低顺序为硬件故障中断、自愿中断、程序性中断、外部中断、输入输出中断中断处理程序只屏蔽比自己级别高的中断事件，自愿中断是不能屏蔽的。第四节进程调度一、进程调度算法1、先来先服务调度算法是按照进程进入就绪队列的先后次序选择可以占用处理器的进程。2、优先数调度算法对每个进程确定一个优先数，进程调度总是让具有最高优先数的进程先使用处理器，具有相同优先数的
20、进程，再按先来先服务的次序分配处理器。确定优先数的方法一般是从任务的紧迫性和系统效率等方面考虑。一个高优先数的进程占用处理器后系统可以用两种方式对待它：非抢占式和可抢占式3、时间片轮转调度算法把规定进程一次使用处理器的最长时间称为“时间片”。时间片轮转调度算法让就绪进程按就绪的先后次序排成队列，每次总是选择就绪队列中的第一个进程占用处理器，但规定只能使用一个时间片。4、分级调度算法由系统设置多个就绪队列，每个就绪队列中的进程按时间片轮转法占用处理器。二、进程调度算法的选择1、处理器利用率2、吞吐量3、等待时间4、响应时间三、进程调度的职责是按选定的进程调度算法从就绪队列中选择一个进程，让它占用
21、处理器。把选中进程的进程控制块中有关的现场信息，送入处理器相应的寄存器中，处理器就按该进程的要求工作，达到了进程占用处理器的目的。四、进程的切换进程切换：把一个进程让出处理器，由另一个进程占用处理器的过程。下列四种情况会引起进程调度程序工作：1、一个进程从运行状态变成了等待状态; 2、一个进程从运行状态变成了就绪状态; 3、一个进程从等待状态变成了就绪状态; 4、一个进程完成工作后被撤消。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 3 页，共 3 页 - - - - - - - - -