操作系统-操作系统的引论(上)

前言

操作系统作为学习计算机的基础是每个程序员必备的知识,现在就来好好的学习一下吧。

操作系统的目标和作用

首先针对与不同的环境操作操作系统要实现的目标是不同的。

我们来思考一个问题为什么要引入操作系统呢?

最直观的回答是为了大部分的人都可以更加方便的使用计算机,但是操作系统的作用远不止于此,

引入操作系统的目标

方便性:一个没有操作系统的计算时是极其难用的,运行程序的时候需要使用机器语言编写程序,但如果配置了操作系统,就可以让我们使用高级语言来书写程序之后翻译成机器码,大大的方便了用户。

高效性:引入操作系统可以提高系统资源的利用率。

可扩充性:为了适应计算机的硬件,体系结构及计算机的应用发展需求,OS必须具备很好的可扩充性。

开放性:遵循世界标准规范

引入操作系统的作用

1 用户的角度分析:用户在OS的帮助下使用计算机系统,通过操作系统用户可以操作计算机的硬件和运行程序,用户可以通过 命令的方式,系统调用方式和窗口方式实现和操作的通信。

2 OS作为计算机资源管理者的角度分析:一个计算机系统中通常有多种硬件资源和软件资源,归纳起来分为 处理机,存储器,I/O设备,文件,相应的操作系统的功能也主要分为,处理机的管理,存储器的管理,I/O设备管理,文件系统的管理

3 OS实现对计算机资源的抽象:对于一台没有任何软件设备的计算机称之为裸机,他对用户提供的仅仅是硬件的接口,这样用户就必须了解物理接口的实现细节,这导致物理机器难以广泛的使用,OS就是一系列的软件系统的集合,包括IO设备软件管理,通过IO设备管理软件将计算机的硬件抽象成数据结构和一系列的命令,用户通过这些命令来操作计算机的硬件,类似的OS中还包含很多的软件,文件管理软件,和图形化软件等都是为了更好的操纵计算机

操作系统的基本特征

对于多道批处理系统,分时系统和实时系统这三种基本的操作系统都具有各自不同的特征,批处理有着较高的资源利用率和系统吞吐量,分时操作系统能获得及时的响应,实时操作系统具备实时特征。

并发和并行

并发:是指两个或者多个事件在同一个事件间隔内发生
并行:是指两个或者多个事件在同一时刻发生

进程

进程:是指在系统中能独立运行并作为资源分配的基本单位,它包含一组机器指令,数据和堆栈等组成。

多个进程之间可以并发的执行和交换信息,进程和并发是现在操作系统中非常重要的概念,需要我们深刻的理解

共享

操作系统中的共享是指:系统中的资源可供内存中多个并发执行的进程共同使用。

实现方式:

  1. 互斥共享方式:在一个进程访问完并释放了资源后,另外一个进程才能进行资源的访问。
    (临界资源:把一个时间段能只能被一个进程访问的资源称之为临界资源)
  2. 同时访问方式:系统中还有另一类资源,可以在一段时间内由多个进程同时对他进行访问,这里的同时是宏观同时,微观交替执行。
    (并发和共享是多用户OS的两个最基本的特征了)

虚拟

在操作系统中虚拟是指:将一个物理实体变为若干个逻辑上对应物的功能称之为虚拟。

实现方式:在操作系统中也是通过时分复用和空分复用技术来实现虚拟的。

  1. 时分复用:时分复用是提高资源利用率的根本原因,他利用的是某一个设备为用户服务的空闲时间,又转去为其他用户服务。
    虚拟处理机技术,虚拟设备技术
  2. 空分复用:空分复用是利用存储存储器的空闲空间分区存放和运行其他的多道程序,一次提高内存的利用率

操作系统的主要功能

操作系统的基本功能包括,处理机管理功能,存储器管理功能,设备管理功能,文件管理功能。

处理机管理

在传统的多道程序系统中,处理机的分配和运行都是以进程为基本单位的,因而处理机的管理可归结为进程的管理,处理机的主要的功能有:创建和撤销进程,进程的运行进行调度,实现进程间的信息交换,以及处理机的分配

  1. 进程控制:主要的功能包括为作业创建进程,撤销(终止)已结束的进程,以及进程在运行过程中的状态的切换。
  2. 进程同步:进程同步是为了使进程能有条不紊的运行,系统中必须设置同步的机制,常见的协调方式有两种,1 进程互斥 :对临界资源的访问和使用实现的方式是通过为临界资源配置一把锁,2 进程同步 :是多个进程相互合作去完成一项任务的时候使用的同步的机制,实现的方式是通过信号量机制。
  3. 进程通信:进程通信就是实现相互合作的进程之间进行信息的交换。
  4. 调度:在传统的操作系统中调度包括作业调度和进程调度
    4.1:作业调度:作业调度的基本任务就是从后备队列中按照一定的算法选择出若干个作业,为他分配资源,再将这些作业调入到内存中,分别创建进程。
    4.2:进程调度:进程调度的基本任务是从进程的就绪队列中按照一定的算法选出一个进程将处理机分配给他。

今天就到这里了,

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