操作系统（一）计算机系统概述

一、操作系统的概念
二、功能和目标
- 资源的管理者
- 向上层提供服务
- 对硬件的扩展
三、操作系统的特征
- 并发
- 共享
- 虚拟
- 异步
四、操作系统的发展与分类
- 手工操作阶段
- 批处理阶段
- - 单道批处理系统
  - 多道批处理系统
- 分时操作系统
- 实时操作系统
操作系统的运行机制
中断和异常
- 中断类型
- 中断机制的基本原理
系统调用
- 分类
- 系统调用的过程
操作系统的体系结构
- 大内核
- 微内核

一、操作系统的概念

操作系统（Operating System， OS）是指控制和管理整个计算机系统的硬件和软件资源，并合理地组织调度计算机的工作和资源的分配；以提供给用户和其他软件方便的接口和环境；它是计算机系统中最基本的系统软件

二、功能和目标

资源的管理者

功能：

处理机的管理
存储器的管理
文件管理
设备管理

向上层提供服务

直接给用户使用包括GUI（图形用户界面) 和命令接口。
命令接口包括联机命令接口和脱机命令接口

联机命令接口相当于windows系统使用的cmd
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脱机命令接口就是.bat文件

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向程序提供的程序接口：可以在程序中进行系统调用来使用程序接口。普通用户不能直接使用程序接口，只能通过程序代码间接使用。

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对硬件的扩展

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操作系统对硬件机器的拓展:将CPU、内存、磁盘、显示器、键盘等硬件合理地组织起来，让各种硬件能够相互协调配合，实现更多更复杂的功能，普通用户无需关心这些硬件在底层是怎么组织起来工作的，只需直接使用操作系统提供的接口即可。

三、操作系统的特征

并发

并发：指两个或多个事件在同一时间间隔内发生。这些事件宏观上是同时发生的，但微观上是交替发生的。
并行：指两个或多个事件在同一时刻同时发生。

共享

共享即资源共享，是指系统中的资源可供内存中多个并发执行的进程共同使用。

互斥共享方式：系统中的某些资源，虽然可以提供给多个进程使用，但一个时间段内只允
许一个进程访问该资源
同时共享方式：系统中的某些资源，允许一个时间段内由多个进程“同时”对它们进行访
问

虚拟

虚拟是指把一个物理上的实体变为若干个逻辑上的对应物。物理实体（前者）是实际存在的，而逻辑上对应物（后者）是用户感受到的。

异步

异步是指，在多道程序环境下，允许多个程序并发执行，但由于资源有限，进程的执行不是一贯到底的，而是走走停停，以不可预知的速度向前推进，这就是进程的异步性

四、操作系统的发展与分类

手工操作阶段

用户在计算机上算题的所有工作都要人工干预

批处理阶段

单道批处理系统

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引入脱机输入/输出技术（用外围机+磁带完成），并由监督程序负责控制作业的输入、输出
主要优点：缓解了一定程度的人机速度矛盾，资源利用率有所提升。
主要缺点：内存中仅能有一道程序运行，只有该程序运行结束之后才能调入下一道程序。CPU有大量的时间是在空闲等待I/O完成。资源利用率依然很低。

多道批处理系统

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主要优点：多道程序并发执行，共享计算机资源。资源利用率大幅提升，CPU和其他资
源更能保持“忙碌”状态，系统吞吐量增大。
主要缺点：用户响应时间长，没有人机交互功能（用户提交自己的作业之后就只能等待
计算机处理完成，中间不能控制自己的作业执行。eg：无法调试程序/无法在程序运行过
程中输入一些参数）

分时操作系统

分时操作系统：计算机以时间片为单位轮流为各个用户/作业服务，各个用户可通过终端与计算机进行交互。
主要优点：用户请求可以被即时响应，解决了人机交互问题。允许多个用户同时使用一台计算机，并且用户对计算机的操作相互独立，感受不到别人的存在。
主要缺点：不能优先处理一些紧急任务。操作系统对各个用户/作业都是完全公平的，循环地为每个用户/作业服务一个时间片，不区分任务的紧急性。