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操作系统——操作系统概述

1.1 什么是操作系统？

操作系统的定义

  • 没有公认的精确定义
  • 操作系统是一个==控制程序==
    • 执行用户程序，给用户程序提供各种服务
  • 操作系统是一个==资源管理器==
    • 提供访问计算机软硬件资源的高效手段

    • 解决资源访问冲突


      操作系统的地位

操作系统软件的组成

  • Shell --命令行接口
  • GUI --图形用户接口
  • Kernel --操作系统的内部

操作系统内核特征

  • 并发
    • 计算机系统中同时存在多个运行的程序，需要OS管理和调度
  • 共享
    • “同时”访问（宏观）
    • 互斥访问（微观）
  • 虚拟
    • 利用多道程序设计技术，让每个用户都觉得有一个计算机为他服务
  • 异步
    • 程序的执行并不是一贯到底，而是走走停停的，向前推进的速度不可预知
    • 只要运行环境相同，OS需要保证程序运行的结果也要相同

1.2 为什么学习操作系统？

  • 综合课程 ：结合许多不同课程
  • 材料：操作系统概念和原理、源代码
  • 技能：操作系统的设计和实现
  • 目的
  • 地位：计算机科学研究的基石之一
  • 操作系统具有挑战性
    • 权衡
    • 硬件

1.3 操作系统实例

  • UNIX
  • Linux
  • Windows

1.4 操作系统的演变

硬件抽象和协调管理

  • 单用户系统
  • 批处理系统
  • 多道程序系统
    • 保持多个工作在内存中并且在各工作间复用CPU
    • 系统效率和系统吞吐量
  • 分时
    • 定时中断用于工作对CPU的复用
    • 交互性、及时性
  • 个人计算机：每个用户一个系统
  • 分布式计算：每个用户多个系统
    • 网络支持成为一个重要的功能

1.5 操作系统结构

简单结构

  • MS-DOS-在最小的空间，设计用于提供大部分功能
    • 没有拆分为模块
    • 接口和功能水平没有很好的分离，主要用汇编编写

分层结构

  • 将操作系统分为多层
    • 每层建立在低层之上
    • 最底层是硬件
    • 最高层是用户界面

  • 使用模块化，每一层仅使用更低一层的功能（操作）和服务


    uCore

微内核结构（Microkernel）

  • 尽可能把内核功能移到用户空间
  • 用户模块间的通信使用消息传递
  • 好处：灵活、安全...
  • 缺点：性能

外核结构（Exkernel）

  • 让内核分配机器的物理资源给多个应用程序，让每个程序自己决定分配资源
  • 保护与控制分类
  • 程序能连接到操作系统库（libOS）实现了操作系统抽象

VMM（虚拟机管理器）

VMM

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