操作系统知识点总结(一)

灰太狼 2022-09-11 03:17 204阅读 0赞

# 操作系统总结(一) #

什么是操作系统  
操作系统的发展历程  
操作系统的基本特征  
操作系统的主要功能  
操作系统的结构设计

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### 1.什么是操作系统 ###

操作系统的目标：方便性，有效性，可扩充性，开放性。

操作系统的作用：  
1.os作为用户与计算机硬件系统之间的接口。  
2.os是计算机系统资源的管理者。  
3.os实现了对计算机资源的抽象。

操作系统非形式化定义：  
计算机系统中的一个系统软件，它是一些程  
序模块的集合——它们管理和控制计算机系统中的软  
硬件资源，合理地组织计算机的工作流程，以便有效  
地利用这些资源为用户提供一个功能强大、使用方便  
和可扩展的工作环境，从而在计算机与其用户之间起  
到接口的作用

关键点：**系统软件**，**程序模块的集合**，**资源管理**，**用  
户与计算机的接口**

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## 2.操作系统的发展历程 ##

*  无操作系统的计算机：
    
    1.  人工操作方式
    2.  脱机操作方式
 *  单道批处理系统的计算机:
    
    1.  自动性，顺序性，单道性
    2.  系统资源得不到充分利用
 *  多道批处理系统的计算机：
    
    1.  多道性，无序性，调度性
    2.  用户交互性差
 *  分时操作系统
    
    1.  多路性，独立性，及时性，交互性
    2.  及时接受，及时处理
 *  实时操作系统
    
    1.  周期性实时任务和非周期性实时任务
    2.  硬实时任务和软实时任务
 *  微机操作系统
    
    1.  单用户单任务，单用户多任务，多用户多任务
 *  通用操作系统
    
    1.  具有分时，实时，和批处理功能

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## 3.操作系统的基本特征 ##

*  **并发**
    
     *  在多道程序环境下，并发性是指在一段时间内，宏观上有  
        多个程序在同时运行
 *  **共享**
    
     *  共享是指系统中的资源可供内存中多个并发执行的作业同时使用。可将资源共享方式分为两类：  
        *互斥共享*：资源分配后到释放前，不能被其他进程所使用。而把在一段时间内只允许一个进程访问的资源称为临界资  
        源或独占资源。例如：打印机、扫描仪、音频设备  
        *同时访问*：允许在一段时间内由多个进程“同时”对它们进行访问。例如：可重入代码、处理机、内存、磁盘
 *  **虚拟**
    
     *  虚拟是指通过某种技术，将一个物理实体变为若干个逻辑上的对应物。用来实现虚拟的技术，称为虚拟技术。
    
    1.  *时分复用技术*
        
         *  虚拟处理机—多道程序设计技术
         *  虚拟外部设备—SPOOLING技术（假脱机技术）
    2.  *空分复用技术*
        
         *  虚拟磁盘技术—虚拟磁盘技术
         *  虚拟存储器—虚拟存储器技术
 *  **异步**
    
     *  异步性也称不确定性，指进程的执行顺序和执行时间的不确定性
    
    1.  进程的运行速度不可预知：分时系统中，多个进程并发  
        执行，时走时停，不可预知每个进程的运行推进快慢
    2.  难以重现系统在某个时刻的状态

#### 四大特征之间的关系 ####

1.  并发是操作系统最重要，最基本的特征
2.  并发和共享互为存在的条件
3.  虚拟以并发和资源共享为前提
4.  异步性是并发和共享的必然结果

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## 4.操作系统的主要功能 ##

操作系统的功能主要包括**资源管理**和**用户接口**

1.  **处理器调度管理**：
    
     *  进程控制，进程同步，进程调度，进程通信
     *  完成处理机资源的分配调度处理机资源的分配调度等能。处理机调度的单位可为进程进程或线程。
2.  **存储管理**
    
     *  内存分配，内存保护，内存扩充，地址映射
     *  目标：提高利用率、方便用户使用、提供足够的存储空间、方便进程并发运行。
3.  **设备管理**
    
     *  缓冲区管理，设备分配，虚拟设备，设备处理
     *  目标：方便用户使用设备、提高CPU与I/O设备利用率
4.  **文件管理**
    
     *  文件存储空间管理，目录管理，文件读写管理和存取管理
     *  目标：解决软件资源的存储、共享、保密和保护
5.  **用户接口**
    
     *  命令接口，图形接口，编程接口
     *  目标：提供一个友好的用户访问操作系统的接口

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## 5.操作系统结构设计 ##

### 操作系统设计原则： ###

**可维护性：** 容易修改与否，包括：改错性维护，适应性维护，完善性维护  
**可靠性：** 正确性，稳健性  
**可理解性：** 易于理解，方便测试和维护  
**性能：** 有效的使用系统资源，快速响应用户请求

### 操作系统设计分类 ###

**无结构：** 在整体式系统中，整个OS是很多过程的集合，每个过程可以调用任意其他过程，OS系统内部不存在任何结构。  
优点：具有一定灵活性，在运行中的高效率。  
缺点：不利于调试，可读性较差，很难维护。  
**模块化结构：** 模块化结构中采用了模块化程序设计技术，将整个系统按功能划分成若干个具有一定独立性和大小的模块，并规定好各模块之间的接口，使得它们之间能够交互。其中较大的模块还可以进一步的细化为若干个子模块。  
优点：

1.  提高了OS的正确性、可理解性、可维护性
2.  增强了OS的可适应性
3.  加速了OS的开发过程

缺点：

1.  功能划分和模块接口难保正确和合理
2.  模块之间的依赖关系（功能调用关系）复杂（调用深度和方向），降低了模块之间的相对独立性–不利于修改。

**分层结构：** 分层结构是对模块化结构的一种改进，它根据功能调用次序以及其他一些原则将OS划分为若干个层次，每一层代码只能调用较低层代码所提供的功能和服务，使模块间的复杂依赖关系变为单项依赖关系，并消除了某些循环依赖关系。系统每加一层，就构成一个比原来功能更强的虚拟机。有利于系统的维护性和可靠性 。  
优点：

1.  功能明确，调用关系清晰（高层对低层单向依赖），有利于保证设计和实现的正确性
2.  低层和高层可分别实现，高层错误不会影响到低层  
    缺点：降低了运行效率。

#### 分层原则： ####

1.  硬件抽象层放在最底层
2.  被调用功能在底层
3.  活跃的功能在底层
4.  公共模块在底层
5.  存储器在次底层
6.  用户接口在最外层

**总结：** 调用跨越的层次：相邻层（最严格）、所有下层部分下层。

**微内核结构：** 在微内核结构中，内核只实现操作系统的基本功能(如:与硬件相关的部分、基本功能、客户服务器的通信)。而将其他服务尽可能的从内核中分离出去，用若干个运行在用户态下的服务器进程来运行，等待用户进程提出请求。  
优点：良好的灵活性和可拓展性，可靠性好，适合分布式系统。  
缺点：消息传递比直接调用效率要低一些(但可以通过提高件性能来补偿)。