—————目錄—————
緒論
進程與調度 -》CPU
存儲管理 -》內存
設備管理 -》外設
文件管理 -》文件 -》外存
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第一章 緒論
1.1 什麼是操作系統（4種觀點）
1.2操作系統的系統需求
1、OS的功能性需求（用戶接口）
2、OS的非功能性強
3、OS對硬件平臺的依賴
4、OS的重要概念（作業、進程、線程、虛擬存儲、文件’）
1.3 OS的演變、類型及特徵
1、操作系統升級的原因
2、OS的演變（無操作系統，單道批處理、多道批處理、分時、實時）
3、多道批處理出現的問題的解決辦法？
4、多道批處理與分時的比較
5、現代OS的類型
6、現代OS的特徵（併發、資源共享）
1.4 OS體系結構
1、系統的設計步驟？
2、常見的操作系統的總體結構風格？
3、基礎平臺子系統（分層/分級/分塊）
4、雙模式平臺子系統（單/多/雙模式，用戶/內核模式）
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第一節
1.1 、什麼是操作系統？
四種觀點
①用戶環境觀點：用戶使用計算機的接口
②虛擬機器觀點：爲應用程序提供虛擬機器，通過軟件提升硬件性能
③資源管理器觀點：管理系統軟硬件資源（分配/回收/控制）
【本書觀點】
④作業組織觀點：組織作業，協調作業運行次序
| 計算機層次 | 用戶 |
|---|---|
| 應用程序 | 用戶 |
| 開發工具、程序開發平臺 | 程序員 |
| 操作系統 | 基於操作系統的程序設計 |
| 計算機硬件 | 操作系統設計者 |
第二節
1.2、操作系統的功能性需求？
1、
| OS功能需求 | 解釋 |
|---|---|
| 計算機用戶需要的用戶命令 | 普通用戶使用，所有用戶命令構成的集合稱爲用戶接口，比如圖形界面、鼠標點擊 |
| 應用軟件需要的系統調用 | 程序接口或者應用程序編程接口API |
2、非功能性需求？
性能:①系統吞吐量，單位時間系統完成的任務。②響應時間。③用戶數的支持量，比如買車票，用戶量不足，系統崩潰了。④公平性 ⑤可靠性 ⑥安全性 ⑦可伸縮性，可配置性，可擴展性，這是對於硬件設備的要求 ⑧可移植性
3、操作系統對硬件平臺的依賴？
①分時系統需要計時器、②中斷、③直接存儲器存取DMA、④特權指令通過硬件支撐快準狠、⑤存儲保護的機制（地址轉換），有沒有地址越界，MMU地址存儲單元
4、基本概念
①作業 :一次上機過程，計算機所做工作的集合。分爲聯機作業和脫機的作業。
②線程 ：程序的一次相對獨立的運行過程，線程是系統調度的最小單位。CPU被線程佔用，CPU是線程的資源，顯示器被線程佔用，顯示器是線程資源
③進程： 系統分配資源的基本對象，擁有資源的最小實體
④虛擬存儲 ； 進程的邏輯地址空間，把外存的一部分虛擬成內存
⑤文件 ： 命名的字節流
此圖引用：http://c.biancheng.net/view/1261.html
第三節
1、操作系統升級原因？
①有漏洞，需要修改完善系統， 修改（打補丁）②提供新的服務（升級），比如有數碼相機了，操作系統就要加這個功能 ③硬件升級，現在的硬件包含驅動程序 ④性能要求，併發模擬並行，操作系統擴充硬件沒有的功能。
2、操作系統的演變
| OS演變 | 解釋 |
|---|---|
| 串行系統/無操作系統 | 手動調度，用手扳按鈕 |
| 單道批處理、簡單批處理系統 | ”Monitor住在內存裏面（監督程序常駐內存），負責把外存的Job調到內存裏面，代替手動調度。之所以叫單道，因爲內存裏面只有一個JOB 。 等待I/O時，運行效率低 |
| 多道批處理 | 多道用戶程序進內存，需要內存管理，需要CPU調度 宏觀上多任務同時運行，微觀上多任務在CPU上交替運行。問題：競爭資源，如何高效使用資源。 多道程序可能相互影響，如何協調並正確運行（同步） |
| 分時系統 | 在多道上面，給每個進程固定的時間，到點了，把資源給別人用。先排隊，再分時。 適合交互式系統，要求響應時間短。分時系統是爲了在基於多道程序系統下面處理多個交互式作業。一個進程到點了，接着來了一箇中斷，中斷要消耗時間，所以中斷多了系統開銷大。又比如打印不能中斷，所以分時系統是在某種需求的情況下才會提供。 |
| 實時系統 | 分時系統 |
3、多道批處理出現的問題的解決辦法？
①保證系統內部正確的同步。CPU內部的部分進程要同步，在操作系統中相互協調叫同步。比如打印進程去打印發現計算進程還沒計算好，那麼返回去繼續計算，再打印。
②數據的互斥。讀寫、寫寫、寫讀，可能會出現互斥。
③操作的不確定性，CPU 內部的線程可能相互影響
④死鎖
4、多道批處理與分時的比較
| 多道批處理 | 分時系統 | |
|---|---|---|
| 主要目標 | 處理器的利用率提高 | 響應時間儘量短 |
| 提交命令的方式 | 有作業控制語言來提交相應的命令 | 用戶通過終端來提交相應的命令 |
5、現在OS的基本類型
按硬件平臺分：
①單機OS ： 一個操作系統管理一臺計算機
②並行OS ： 硬件平臺是並行的，多個CPU實現並行機，這樣的情況下需要並行的OS，任務來了，上哪個CPU，CPU和CPU之間的問題
③網絡OS ： 更強調網絡資源的問題。單說網絡操作系統的不多了，Windows具不具備網絡資源管理功能？在一個局域網裏面，很多電腦共用一個打印機，也是有網絡操作功能，現在很多操作系統都兼顧了網絡功能
④分佈式OS ： 分佈式系統不知道任務發給誰，請求的任務誰誰完成的。DNS 域名解析一層層，接收到了結果，但不知道到哪一層解析完的
本課程介紹的是單機OS
按功能特徵分：
① 批處理系統：批處理系統強調有一批作業能運行，強調吞吐量要大。
②分時系統：使用戶感覺到響應時間很快
③實時系統 ：實時系統又分爲 實時信息處理系統 和 實時控制系統
6、現代OS兩個基本特徵
①任務共行：宏觀上看，多個任務同時運行；從微觀上看，任務共行使單處理機系統中的任務併發。任務共行也指多處理機下的任務並行。具體由任務管理器管理
②資源共享：宏觀上同時使用資源，微觀上交替互斥使用資源。讀寫磁盤靠磁頭，多個磁頭就可以一起使用硬件資源。具體由資源管理器管理
③任務管理模型：
Task ： 是個計算過程。在現代OS，任務使用線程和進程這兩個基本概念共同表是。任務管理模型是由線程狀態轉換圖表示。
④資源管理模型;
資源是指由程序和數據組成的軟件資源，以及包含CPU，存儲器，i/O設備等在內的硬件資源。 通常情況下，軟件資源採用互斥(競爭）的機制，對硬件資源，系統採用分配的機制。資源管理，進程申請資源，系統看到有空閒資源，分配給他，進程使用這個資源，等他使用完了，告訴OS，OS儘快回收。高效資源使用就是儘快分配儘快回收。
第四節 OS的體系結構
1、系統的設計步驟？
需求分析 ->系統設計 ，確定體系結構 ，軟件部件設計->編碼實現 ->產品測試
2、常見的操作系統的總體結構風格？
①用戶接口子系統：（用戶使用）用戶接口子系統提供計算機用戶需要的用戶命令。
②基礎平臺子系統:（程序員使用）提供應用軟件需求的系統調用。
③聯繫：用戶接口子系統與基礎平臺子系統之間的關係是單向性，具體地說，用戶接口子系統對基礎平臺子系統是調用關係。基礎平臺子系統是支撐上面的用戶接口子系統。關係如下：
3、基礎平臺子系統
| 結構風格 | 介紹 | 優缺點 |
|---|---|---|
| 分層結構 | 嚴格分層，依賴直接下層 | 分層困難，逐層訪問效率低，嚴格分層結構實現困難 |
| 分級結構 | 分級不太嚴格，依賴其下各層 | 優缺點介於分層和分塊之間 |
| 分塊結構 | Linux、 模塊化設計，可任意調用其他模塊 | 修改一個模塊可能影響其他模塊，關係複雜 |
4、雙模式平臺子系統
①單模式：
使用單模式結構的基礎平臺子系統，應用軟件和基礎平臺子系統在同一CPU特權模式下運行.DOS
②多模式：
提供多個保護級別，多個模式需要切換，會降低系統性能
③雙模式：
win、Linux都用雙模式。提供2種保護特權，訪問前會判斷是否有相應權限。關於模式切換：用戶模式訪問系統模式需要通過一些規則。黑客就是繞過軟中斷，繞過規則，進到系統模式裏面。
| 雙模式 | 介紹 |
|---|---|
| 核外子系統 | 運行用戶程序 |
| 核心系統 | 運行操作系統內核 |
④微核結構 ： 剔除內核中的多餘成分，只留下最必要的部分。設備驅動系統、文件系統、虛擬存儲管理器、安全系統 可以拿到核外
附：本篇文章參考電子科技大學OS慕課和學校老師整理的筆記
老師的金句總結：
第1句：操作系統是管理計算機軟硬件資源的系統軟件。操作系統的功能有處理器管理（管理CPU、進程運行）、存儲管理（管理內存）、設備管理（管理I/O設備）、文件管理（管理文件、磁盤） 【重點 】
第2句：操作系統爲用戶提供接口來使用計算機，爲普通用戶提供用戶命令，爲程序員提供系統調用
第3句：進程是資源分配的基本單位，線程是調度的基本單位
第4句：3種基本操作系統是批處理操作系統、分時操作系統、實時操作系統。其中批處理強調週轉時間和吞吐量；分時系統強調交互性和響應時間；實時系統強調實時性和可靠性。 【重點 】
第5句：併發是指一段時間內多個任務（進程）同時執行。宏觀上是同時的，微觀上是交替運行的。單CPU只能是併發執行。
第6句：系統爲了安全性考慮，分爲用戶模式和內核模式。用戶進程運行在用戶模式，操作系統進程運行在內核模式。從用戶模式進入內核模式要進行安全性檢查。
其中第1句和第4句是重中之重。
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