一、操作系統
人工操作：單用戶、CPU. 內存長期空閒
脫機輸入/輸出（OFF-LINE I/0）：裝好卡片再上機。節約CPU空閒時間、提高I/O速度
二、單道批操作系統
描述：有個監督程序將磁帶上的作業調入計算機
缺點：I/O太慢，CPU太快
三、多道批操作系統
描述：A在I/0，B趁機CPU
優點：肯定提高資源利用率、系統吞吐量變大
缺點：每個程序都要很久才處理完、無交互能力
未解難題：內存、外存、I/O、CPU、作業管理、接口
四、分時系統
描述：解決人機交互問題
優點：終於有人機交互、多用戶共享主機
實際問題：由於多用戶，所以要有“多路卡”、作業直接入內存、有個“時間片”調度作業
特徵：多路、獨立、及時（用戶可接受）、交互
五、實時系統
描述：工業（武器）控制系統、信息查詢系統、多媒體系統、嵌入式系統
類型1：週期性實時：真的很週期；非週期性實時：有開始截止時間和完成截止時間
類型2：硬實時：工業、武器系統；軟實時：信息查詢系統和多媒體系統
與分時系統比較： 多路、獨立、及時（毫秒級）、交互、可靠
六、微機時代
（一）單用戶單任務：8位機的CP/M、16位機的MS-DOS
（二）單用戶多任務：目前的32位系統，如Windows
（三）多用戶多任務：UNIX、Solaris、Linux
③操作系統共同特性：
一、併發
（一）併發和並行宏觀上一樣，
併發：單處理機系統，微觀上交替運行
並行：多處理機系統，微觀上同時運行
（二）引入進程
進程：在系統中能獨立運行並作爲資源分配的基本單位，由機器指令、數據和堆棧等組成，能獨立運行的活動實體
特點：用進程就可以併發執行了
二、共享
（一）互斥共享方式
例子：臨界資源，打印機、磁帶機
描述：你要先申請才能獲得資源
（二）同時訪問方式
描述：微觀上還是併發
例子：多用戶磁盤設備
條件：系統允許進程併發、系統能有效管理資源
三、虛擬
（一）時分複用技術
虛擬處理機技術：分身之術
虛擬設備：又是分身之術，騙用戶以爲有專人服務
時分複用：速度：≤1/N
（二）空分複用技術
描述：將程序、電話線分成若干部分，然後各部分分時進入內存運行
空分複用：空間：≤1/N
四、異步
描述：因爲要併發，所以需要一個機制調度進程
④操作系統主要功能
一、處理機管理功能
（一）控制進程
描述：要併發，就要進程、要進程，就要管理
（二）進程同步
進程互斥方式：臨界資源要互斥
進程同步方式：合作完成共同任務，同步機構要協調先後次序
（三）進程通信
描述：對合作進程而言，需要交換信息。當他們處於同一計算機系統時，通常採用直接通信的方式。
例子：輸入進程、計算進程、打印進程，需要信息交換
（四）調度
作業調度：選擇作業、建立進程、分配資源、插入就緒隊列
進程調度：從就緒隊列中選出進程，分配CPU
二、存儲器管理功能
（一）內存分配
任務：分配空間、減少碎片、追加內存空間
方式：靜態分配，裝入內存時確定，不允許追加、不允許移動；動態分配，允許追加、允許移動
（二）內存保護
任務1：每道程序只在自己的內存空間運行，互不干擾
任務2：不允許用戶程序訪問操作系統程序和數據、也不允許用戶程序轉移到非共享的其他用戶程序中執行
（三）地址映射
任務：存儲器要負責地址映射，在硬件支持下完成
（四）內存擴充
描述：用虛擬存儲技術，從邏輯上擴充內存容量
任務1：請求-調入功能
任務2：置換功能
三、設備管理功能
任務1：完成用戶進程的I/O請求：分配I/O設備，完成I/O操作
任務2：提高CPU和I/O利用率：提高I/O速度，方便用戶使用I/O設備
（一）緩衝管理
描述：在內存中設置緩衝區
例子：單緩衝機制、雙向同時傳送數據的雙緩衝機制、多個設備共同使用的公用“緩衝池”機制
（二）設備分配
描述：在系統中設置“設備控制表”、“控制器控制表”等數據結構，用於記錄設備和控制器等標識符和狀態。根據表就知道指定設備當前是否可用、忙碌。分配時，針對不同設備要有不同“分配方式”，對獨佔設備還要考慮分配後是否安全
（三）設備處理
描述：CPU向設備控制器發出I/O命令，要求完成I/O操作、反之，CPU接收控制器發出的中斷請求，並響應.處理
四、文件管理功能
描述：管理用戶、系統文件，方便使用；保證安全性
（一）文件儲存空間管理
背景：多用戶環境下，用戶自己管理文件存儲，會困難和低效
任務1：爲每個文件分配外存空間、提高外存利用率、進而提高存取速度
任務2：系統中設置數據結構，記錄文件存儲空間使用情況，以供分配時參考
任務3：分配和回收
（二）目錄管理
任務1：爲每個文件建立目錄項，包括文件名、屬性、物理位置等，以實現按名存取
任務2：實現文件共享。
任務3：提供目錄查詢手段
（三）文件讀/寫管理和保護
文件讀/寫管理：根據用戶請求，從外存中讀取數據，或將數據寫入外存
文件保護：防止未經覈準的用戶存取文件、防止冒名頂替存取文件、防止以不正確方式使用文件
五、操作系統與用戶之間的接口
（一）用戶接口
描述：方便用戶直接.間接控制自己的作業
聯機用戶接口：等待用戶鍵入命令
脫機用戶接口：一開始就提供作業說明書，直到作業結束語句
圖形用戶接口：移動鼠標選擇菜單項
（二）程序接口
描述：舊系統用彙編語言寫，所以只有彙編語言的才能直接使用系統調用；如果是高級語言，就用一一對應的庫函數
六、現代操作系統的新功能
（一）系統安全
描述：確保存儲和傳送數據的保密性、完整性和系統可用性，要用幾種技術
技術：認證技術、密碼技術、訪問控制技術、反病毒技術
（二）網絡的功能和服務
功能：網絡通信、資源管理、應用互操作
（三）支持多媒體
功能：接納控制功能、實時調度、多媒體文件的存儲
⑤OS結構設計
一、傳統操作系統結構
（一）無結構操作系統
又名：整體系統結構
（二）模塊化結構OS
基本概念：
又名：模塊-接口法
描述：有模塊、子模塊、接口
模塊獨立性：
標準：內聚性越高，模塊獨立性越高、耦合度越低，模塊獨立性越高
優點：提高設計正確性.可理解性和可維護性、增強可適應性、加快加速過程
缺點：接口難以滿足需求、無序
（三）分層式結構OS
基本概念：有序分層，自底向上法鋪設中間層
優點：易保證系統正確性、易擴充和易維護
缺點：系統效率降低
二、客戶/服務器模式(Client/Server Model)簡介
（一）客戶/服務器模式的由來、組成和類型
組成：客戶機、服務器、網絡系統
（二）客戶/服務器之間的交互
描述：客戶發送請求消息、服務器接收消息、服務器回送消息、客戶機接收消息
（三）客戶/服務器模式的優點
描述：數據分佈處理和存儲、便於集中管理、靈活性和可擴充性、易於改編應用軟件
三、面向對象的程序設計
（一）OOP的基本概念
描述：抽象，具體事物爲對象
對象：封裝好
對象類：創建多個相似對象
繼承：繼承父類，增加部分
（二）OOP的優點
描述：“重用”提高產品質量和生產率、使系統具有更好的易修改性和易擴展性、易於保證系統“正確性”和“可靠性”
四、微內核OS結構
描述：支持多處理機
例子：卡內基·梅隆的Mach OS、Windows 2000/XP
（一）基本概念
描述：足夠小的內核、基於C/S模式、應用“機制與策略分離”原理、採用OOP技術
（二）基本功能
描述：進程管理、低級存儲器管理、中斷和陷入處理
（三）優點
描述：提高可擴展性、增強可靠性、可移植性強、提供對分佈式系統的支持、融入OOP
（四）缺點
描述：效率降低
人工操作：單用戶、CPU. 內存長期空閒
脫機輸入/輸出（OFF-LINE I/0）：裝好卡片再上機。節約CPU空閒時間、提高I/O速度
二、單道批操作系統
描述：有個監督程序將磁帶上的作業調入計算機
缺點：I/O太慢，CPU太快
三、多道批操作系統
描述：A在I/0，B趁機CPU
優點：肯定提高資源利用率、系統吞吐量變大
缺點：每個程序都要很久才處理完、無交互能力
未解難題：內存、外存、I/O、CPU、作業管理、接口
四、分時系統
描述：解決人機交互問題
優點：終於有人機交互、多用戶共享主機
實際問題：由於多用戶，所以要有“多路卡”、作業直接入內存、有個“時間片”調度作業
特徵：多路、獨立、及時（用戶可接受）、交互
五、實時系統
描述：工業（武器）控制系統、信息查詢系統、多媒體系統、嵌入式系統
類型1：週期性實時：真的很週期；非週期性實時：有開始截止時間和完成截止時間
類型2：硬實時：工業、武器系統；軟實時：信息查詢系統和多媒體系統
與分時系統比較： 多路、獨立、及時（毫秒級）、交互、可靠
六、微機時代
（一）單用戶單任務：8位機的CP/M、16位機的MS-DOS
（二）單用戶多任務：目前的32位系統，如Windows
（三）多用戶多任務：UNIX、Solaris、Linux
③操作系統共同特性：
一、併發
（一）併發和並行宏觀上一樣，
併發：單處理機系統，微觀上交替運行
並行：多處理機系統，微觀上同時運行
（二）引入進程
進程：在系統中能獨立運行並作爲資源分配的基本單位，由機器指令、數據和堆棧等組成，能獨立運行的活動實體
特點：用進程就可以併發執行了
二、共享
（一）互斥共享方式
例子：臨界資源，打印機、磁帶機
描述：你要先申請才能獲得資源
（二）同時訪問方式
描述：微觀上還是併發
例子：多用戶磁盤設備
條件：系統允許進程併發、系統能有效管理資源
三、虛擬
（一）時分複用技術
虛擬處理機技術：分身之術
虛擬設備：又是分身之術，騙用戶以爲有專人服務
時分複用：速度：≤1/N
（二）空分複用技術
描述：將程序、電話線分成若干部分，然後各部分分時進入內存運行
空分複用：空間：≤1/N
四、異步
描述：因爲要併發，所以需要一個機制調度進程
④操作系統主要功能
一、處理機管理功能
（一）控制進程
描述：要併發，就要進程、要進程，就要管理
（二）進程同步
進程互斥方式：臨界資源要互斥
進程同步方式：合作完成共同任務，同步機構要協調先後次序
（三）進程通信
描述：對合作進程而言，需要交換信息。當他們處於同一計算機系統時，通常採用直接通信的方式。
例子：輸入進程、計算進程、打印進程，需要信息交換
（四）調度
作業調度：選擇作業、建立進程、分配資源、插入就緒隊列
進程調度：從就緒隊列中選出進程，分配CPU
二、存儲器管理功能
（一）內存分配
任務：分配空間、減少碎片、追加內存空間
方式：靜態分配，裝入內存時確定，不允許追加、不允許移動；動態分配，允許追加、允許移動
（二）內存保護
任務1：每道程序只在自己的內存空間運行，互不干擾
任務2：不允許用戶程序訪問操作系統程序和數據、也不允許用戶程序轉移到非共享的其他用戶程序中執行
（三）地址映射
任務：存儲器要負責地址映射，在硬件支持下完成
（四）內存擴充
描述：用虛擬存儲技術，從邏輯上擴充內存容量
任務1：請求-調入功能
任務2：置換功能
三、設備管理功能
任務1：完成用戶進程的I/O請求：分配I/O設備，完成I/O操作
任務2：提高CPU和I/O利用率：提高I/O速度，方便用戶使用I/O設備
（一）緩衝管理
描述：在內存中設置緩衝區
例子：單緩衝機制、雙向同時傳送數據的雙緩衝機制、多個設備共同使用的公用“緩衝池”機制
（二）設備分配
描述：在系統中設置“設備控制表”、“控制器控制表”等數據結構，用於記錄設備和控制器等標識符和狀態。根據表就知道指定設備當前是否可用、忙碌。分配時，針對不同設備要有不同“分配方式”，對獨佔設備還要考慮分配後是否安全
（三）設備處理
描述：CPU向設備控制器發出I/O命令，要求完成I/O操作、反之，CPU接收控制器發出的中斷請求，並響應.處理
四、文件管理功能
描述：管理用戶、系統文件，方便使用；保證安全性
（一）文件儲存空間管理
背景：多用戶環境下，用戶自己管理文件存儲，會困難和低效
任務1：爲每個文件分配外存空間、提高外存利用率、進而提高存取速度
任務2：系統中設置數據結構，記錄文件存儲空間使用情況，以供分配時參考
任務3：分配和回收
（二）目錄管理
任務1：爲每個文件建立目錄項，包括文件名、屬性、物理位置等，以實現按名存取
任務2：實現文件共享。
任務3：提供目錄查詢手段
（三）文件讀/寫管理和保護
文件讀/寫管理：根據用戶請求，從外存中讀取數據，或將數據寫入外存
文件保護：防止未經覈準的用戶存取文件、防止冒名頂替存取文件、防止以不正確方式使用文件
五、操作系統與用戶之間的接口
（一）用戶接口
描述：方便用戶直接.間接控制自己的作業
聯機用戶接口：等待用戶鍵入命令
脫機用戶接口：一開始就提供作業說明書，直到作業結束語句
圖形用戶接口：移動鼠標選擇菜單項
（二）程序接口
描述：舊系統用彙編語言寫，所以只有彙編語言的才能直接使用系統調用；如果是高級語言，就用一一對應的庫函數
六、現代操作系統的新功能
（一）系統安全
描述：確保存儲和傳送數據的保密性、完整性和系統可用性，要用幾種技術
技術：認證技術、密碼技術、訪問控制技術、反病毒技術
（二）網絡的功能和服務
功能：網絡通信、資源管理、應用互操作
（三）支持多媒體
功能：接納控制功能、實時調度、多媒體文件的存儲
⑤OS結構設計
一、傳統操作系統結構
（一）無結構操作系統
又名：整體系統結構
（二）模塊化結構OS
基本概念：
又名：模塊-接口法
描述：有模塊、子模塊、接口
模塊獨立性：
標準：內聚性越高，模塊獨立性越高、耦合度越低，模塊獨立性越高
優點：提高設計正確性.可理解性和可維護性、增強可適應性、加快加速過程
缺點：接口難以滿足需求、無序
（三）分層式結構OS
基本概念：有序分層，自底向上法鋪設中間層
優點：易保證系統正確性、易擴充和易維護
缺點：系統效率降低
二、客戶/服務器模式(Client/Server Model)簡介
（一）客戶/服務器模式的由來、組成和類型
組成：客戶機、服務器、網絡系統
（二）客戶/服務器之間的交互
描述：客戶發送請求消息、服務器接收消息、服務器回送消息、客戶機接收消息
（三）客戶/服務器模式的優點
描述：數據分佈處理和存儲、便於集中管理、靈活性和可擴充性、易於改編應用軟件
三、面向對象的程序設計
（一）OOP的基本概念
描述：抽象，具體事物爲對象
對象：封裝好
對象類：創建多個相似對象
繼承：繼承父類，增加部分
（二）OOP的優點
描述：“重用”提高產品質量和生產率、使系統具有更好的易修改性和易擴展性、易於保證系統“正確性”和“可靠性”
四、微內核OS結構
描述：支持多處理機
例子：卡內基·梅隆的Mach OS、Windows 2000/XP
（一）基本概念
描述：足夠小的內核、基於C/S模式、應用“機制與策略分離”原理、採用OOP技術
（二）基本功能
描述：進程管理、低級存儲器管理、中斷和陷入處理
（三）優點
描述：提高可擴展性、增強可靠性、可移植性強、提供對分佈式系統的支持、融入OOP
（四）缺點
描述：效率降低
