第一章 操作系統引論
1.1 操作系統的定義
操作系統是配置在計算機硬件上的第一層軟件。
操作系統是所有其他軟件運行的基礎。
從資源管理的角度來看，操作系統對計算機系統內的所有軟、硬件資源進行管理和控制，優化資源的利用，協調系統內的各種活動，處理可能出現的各種問題。
1.1.1 資源管理的觀點
操作系統是用來管理計算機系統的，從這一方面來講，操作系統的任務是在相互競爭的程序之間有序控制中央處理機、內存儲器以及其他輸入輸出設備的分配。
操作系統是系統資源的管理者，必須完成以下工作：
（1）跟蹤和監控程序的運行情況，記錄程序的運行狀態。
（2）進行計算機各種資源（如處理機、內存、輸入輸出設備）的分配
（3）回收資源，以便再分配
操作資源是控制和管理計算機的軟、硬件資源，合理組織計算機的工作流程，以方便用戶使用的程序集合。
從資源管理的角度，操作系統被劃分成處理機管理、存儲管理、設備管理、文件管理以及用戶接口。
1.1.2 用戶的觀點（擴展機器的觀點）
操作系統是配置在計算機硬件上的第一層軟件，是對硬件系統的第一次擴充。
這裏需要明確兩個概念
裸機：一個未配置任何軟件的計算機。
虛擬機：軟件用於擴充計算機，但硬件環境沒有改變的計算機。
用戶要求操作系統提供以下功能：
（1）爲用戶創造適宜的工作環境，便於用戶控制自己的程序運行。
（2）應配置各種子系統（編輯程序、編譯程序、裝配程序和調試程序等）以及軟件庫（如服務程序庫和應用程序庫），便於用戶編寫、調試、修改和運行自己的程序，增強用戶的解題能力。
（3）爲了簡化輸入輸出操作，統一資源的分配管理，系統應提供方便的數據操作接口。
（4）爲用戶使用計算機提供靈活、方便、友好的用戶界面。
1.2 操作系統的產生和發展
1.2.1 第一代計算機沒有操作系統
1946年，馮諾依曼體系的第一臺計算機問世，當時的計算機用真空管構造，使用了數萬計的電子管。
在第一代計算機上沒有操作系統，對計算機的操作完全是人工操作方式，有下述兩個缺點：
（1）用戶完全獨佔計算機，即計算機的全部資源只供一個用戶使用。
（2）計算機等待人工操作。當用戶操作時計算機要等待，CPU空閒，因此計算機上的計算機資源利用率非常低。
1.2.2 第二代計算機沒有監控系統
1958年，晶體管的出現改變了計算機的運行狀況。
第二代計算機產生後，從事計算機工作的人員有了明確分工，出現了彙編語言和高級語言，出現了早期的單道批處理系統。
第二代計算機主要用於科學和工程計算。
將所有作業用一臺相對比較便宜的計算機輸入到磁帶上，此計算機成爲輸入輸出機，實施數值運算、速度較快的計算機稱爲主機。(用到了單道批處理系統的思想)
由於程序和數據的輸入都不是在主機的控制下進行的，而是在一臺專門用作輸入輸出的計算機的控制之下進行的，或者說，輸入輸出工作是在脫離主機的情況下進行的，稱爲脫機輸入輸出，反之，如果輸入和輸出工作是在主機的控制之下進行的，則稱爲聯機輸入輸出。
脫機輸入輸出的主要優點爲：（1）減少了CPU的空閒時間。（2）提高了輸入輸出的速度。
1.2.3 第三代計算機操作系統得到極大的發展
1964年，第三代計算機出現了多道程序設計技術和SPOOLing技術（也稱爲假脫機技術）
多道程序設計技術具有以下優點：
（1）多道，即計算機內存中同時存放多道相互獨立的程序。
（2）宏觀上並行，是指同時進入系統的多道程序都處於運行環境過程中。
（3）微觀上並行，是指在單處理機環境下，內存中多道程序輪流佔用CPU，交替執行。
第一個分時系統爲CTSS。
第三代計算機的主要進展是小型機的崛起，在此基礎上研製成功了UNIX。
1.2.4 第四代計算機操作系統向多元化方向發展
1974年，大規模集成電路的發展，計算機逐步向微型化、網絡化和智能化的方向發展。
1.3 操作系統的特徵
操作系統作爲一種系統軟件，有其本身的特徵，具體如下：
（1）併發性
併發：就是指兩個或兩個以上的事物在同一時間間隔發生或一段時間內同時進行。
並行：指兩個或者兩個以上的事物在同一時刻發生。
（注意區分）
（2）共享性
共享是指計算機中的各種資源供在其上運行的程序共同享用，這種共享在操作系統的統一控制下實現。
共享有兩種方式：即互斥共享方式和共同訪問方式。
（3）虛擬性
虛擬是指通過某種技術手段把一個物理實體變成多個邏輯上的對應物。
（4）不確定性
系統中各種事物的發生順序是不確定的。
1.4 操作系統的功能
操作系統的功能包括進程管理功能、存儲器管理功能、設備管理功能和文件管理功能。此外，爲了方便用戶使用計算機，操作系統還必須向用戶提供一個方便的用戶接口。
1.4.1 進程管理
進程管理又稱處理機管理。
進程管理又可以細分爲以下方面：
（1）進程控制
進程控制就是創建進程、撤銷進程以及控制進程在運行過程中的狀態轉換。
（2）進程同步
進程在執行過程中是以不可預知的方式向前推進的，進程之間有時需要進行協調，兩種協調方式之一爲同步方式，表現進程之間的協作關係的就是進程同步，另一種爲互斥方式。
（3）進程通信
進程通信的任務就是用來實現相互合作進程之間的消息傳遞。
（4）進程調度
進程調度的任務就是從若干個已經準備好運行的進程中，按照一定的算法選擇一個進程，。讓其佔用處理機，使之投入運行。
1.4.2 存儲管理
存儲管理管理的資源是內存儲器（簡稱內存）。
存儲管理的任務是方便用戶使用內存，提高內存的利用率以及從邏輯上擴充內存。
內存管理包括內存分配、地址影射、內存保護和內存擴充。
1.4.3 設備管理
設備管理是操作系統中最龐雜、最瑣碎的部分。
設備管理提供下述的相關功能：
（1）設備分配
（2）設備控制
（3）設備的無關性
1.4.4 文件管理
信息資源管理也稱爲文件管理，文件管理要解決的問題是向用戶提供一種簡便、統一的存取和管理信息的方法，並同時解決信息的共享、安全保密等問題。
文件管理應該具有以下主要功能：
（1）文件存儲空間的管理
（2）目錄管理
（3）文件的讀寫管理
（4）文件的存取控制
1.4.5 操作系統接口
接口分爲兩類，一類爲命令接口，另一類爲程序接口（又稱爲系統調用）。
1.5 操作系統類型
操作系統的基本類型有三種，對應爲：批處理操作系統、分時操作系統和實時操作系統，這3種系統基本成熟。隨着計算機系統的發展，又出現了一些新型的操作系統，主要有微機操作系統、多處理機操作系統、網絡操作系統、分佈式操作系統和嵌入式操作系統。
1.5.1 批處理操作系統
批處理操作系統是一種基本的操作系統類型。在該系統中，用戶的作業（包括程序、數據及程序的處理步驟）被成批地輸入到計算機種，然後在操作系統的控制下，用戶的作業自動執行。
批處理操作系統的形式
分別爲單道批處理操作系統和多道批處理操作系統。
單道批處理操作系統有以下主要特徵:
（1）自動性
（2）順序性
（3）單道性
多道批處理操作系統有以下優點：
（1）CPU的利用率得到提高
（2）提高了內存和輸入輸出設備的利用率
（3）提高了系統的吞吐量
多道批處理操作系統有以下主要特徵:
（1）多道性
（2）無序性
（3）調度性
批處理操作系統的優缺點
優點：（1）資源利用率提高 （2）系統吞吐量大
缺點：（1）平均週轉時間長 （2）無交互能力
1.5.2 分時操作系統
分時技術的引入
在分時操作系統中，計算機能夠同時爲多個終端用戶服務，而且能在很短的時間內響應用戶的需求。
分時操作系統需要解決的關鍵問題
最關鍵的問題是如何使用用戶能與自己的作業交互，即當用戶在自己的終端上輸入命令時系統應能及時接收、處理該命令，並將處理結果返回給用戶，接着用戶可輸入下一條命令，此即人機交互。
1）及時接收
2）及時處理
分時操作系統的形式
（1）單道分時操作系統
（2）具有“前臺”和“後臺”的分時操作系統
（3）多道分時操作系統
分時操作系統的特徵
分時操作系統一般採用時間片輪轉法，具有以下特徵：
（1）多路性
（2）獨佔性
（3）交互性
（4）及時性
1.5.3 實時操作系統
實時操作系統的引入
對外部輸入的信息，實時操作系統能夠在規定的時間內處理完畢並做出反應。“實時”的含義是指計算機對外來信息能夠及時處理，並在被控對象允許的範圍內做出快速反應。實時操作系統對響應時間的要求比分時操作系統更高，一般要求秒級、毫秒級甚至是微秒級。
實時操作系統的類型
1）實時控制系統
2）實時信息處理系統
實時操作系統的特殊要求
1）高可靠性
2）過載防護
3）對截止時間的要求
實時操作系統與分時操作系統的比較
實時操作系統具備分時操作系統的四大特徵，；另外，實時操作系統絕對可靠性的要求比較高。
（1）多路性
（2）獨立性
（3）交互性
（4）及時性
（5）可靠性
1.5.4 微機操作系統
CP/M操作系統
MS-DOS操作系統
OS/2操作系統
UNIX操作系統
Linux操作系統
Windows操作系統
1.5.5 多處理機操作系統
多處理機操作系統的引入
原因爲如下幾點：
（1）增加系統的吞吐量
（2）節省投資
（3）提高系統的可靠性
多處理機操作系統的類型
多處理機系統中配置的多處理機操作系統可分爲兩種模式，即非對稱多處理機模式和對稱多處理機模式。
1.5.6 網絡操作系統
計算機網絡的產生
網絡操作系統的模式
1）客戶端/服務器模式
2）對等模式
網絡操作系統的功能
（1）網絡通信
（2）資源共享管理
（3）網絡服務
（4）網絡管理
（5）互操作能力
1.5.7 分佈式操作系統
分佈式操作系統相比於網絡操作系統具有以下特點：
（1）多機合作
（2）健壯性
（3）透明性
（4）在分佈式系統中，分佈在各個站點的軟、硬件資源可供全系統中的所有用戶共享，並能以透明的方式對它們進行訪問。
1.5.8 嵌入式操作系統
最近在學習關於操作系統的網課，以王道考研的視頻爲基礎展開學習，但是總覺得哪裏不太夠，還好放假之前找學姐借了相關書籍，所以就有了以上知識盤點，對於一個章節的知識進行了簡單性的梳理，這個算是基礎入門吧，拋出一大堆知識點，雲裏霧裏的，但還是有一個參考性的作用。至於，沒有具體的，大概是比較讓我頭疼的吧，比如那些微機操作系統，現在大部分人瞭解Windows和Linux就不錯了，繁瑣的歷史，就不看了吧。
現在我的博客權限不夠還是怎麼的，沒有分割線這一個，我就自己創造吧。最後，以上內容，在由清華大學出版社，鬱紅英 王磊 武磊 李春強 編著的計算機操作系統（第3版）》可以找到。