本笔记学习于华中科技大学软件学院

操作系统的初识——基本功能

*提供操作界面
*控制程序运行
*管理系统资源
*配置系统参数
*控制系统状态
*工具软件集合

操作系统的功能一——进程管理

*进程管理（cpu管理）
*进程管理：创建、暂停、唤醒、撤销。
*进程调度：调度策略，优先级。
*进程通信：进程间通信。

操作系统的功能二——内存管理

*内存分配
*内存共享
*内存保护
*虚拟内存

操作系统的功能三——设备管理

*设备的分配和调度
*设备的无关性操作
*设备的传输控制
*设备驱动

操作系统的功能四——文件管理

存储空间管理
文件的操作
目录的操作
文件和目录的存取权限管理

操作系统的定义

*操作系统是一个大型系统程序
*提供用户接口。方便用户控制计算机
*负责为应用程序分配和调度软硬件资源并控制与协调应用
*程序并发活动，帮助存取和保护信息。

操作系统的地位

操作系统的地位

操作系统的发展史

用户需求提升和硬件技术进步是操作系统发展的两大动力

计算机硬件发展的四个类型阶段

【电子管时代】（1946——1955）
【晶体管时代】（1955——1965）
【集成电路时代】（1965——1980）
【大规模集成电路时代】（1980——至今）
——速度、容量、稳健性、可靠性都得到逐步提高

操作系统发展的四个阶段

手工操作（无操作系统） 50年代早期
单道批处理系统 50年代
多道批处理系统 60年代初
分时系统 60年代中

接下来分别详细介绍操作系统发展的四个阶段

1.手工操作系统（没有操作系统）

电子管时代【1946——1955】
结构特点：
硬件：电子管，接线面板（按钮/开关）
程序：二进制程序：打孔：纸带和卡片
使用特点：
程序准备/启动/结束：手工处理，繁琐耗时、
缺点
效率低：cpu有效运行时间极低
用户独占
缺少交互

2.单道批处理系统
工作特点：
管理员事先将多个作业输入到磁盘形成队列：
操作系统依次自动处理队列中的每个作业
装入——运行——撤出
程序的装入和撤出：自动完成，效率高
运行完毕：通知用户取结果
工作特点
批量：作业队列
自动：识别作业
单道：依次执行
背景：
晶体管时代【1955——1965】
1955年，IBM推出第一台晶体管计算机，突出机型7094.
单道批处理系统cpu的利用情况。
结论：外设与cpu交替空闲和忙碌，cpu和外设利用效率低。

3.多道批处理系统
定义：在内存中存放多道程序，当某道程序因为某种原因（例执行I/O操作时）不能继续运行而放弃cpu时，操作系统使调度另一程序投入运行。这样可以使CPU尽量忙碌，提高系统效率。
提高CPU系统利用率。
提供系统吞吐量。
多道程序相互穿插的运行过程。

A、B两道程序穿插运行，使CPU和外设都是忙碌多道批处理系统的特点
多道：内存同时存放多道程序。
并行：宏观上
串行：微观上

多道批处理系统的特点
多道批处理系统的缺点
作业处理时间长
交互能力差
运行过程不确定

60年代硬件的两个重大进展

中断技术

CPU收到外部信号（中断信号后），停止当前工作，转去处理该外部事件，处理完毕后回到原来工作的中断处（断点）继续原来的工作。

通道技术

专门处理外设与内存之间的数据传输的处理机

分时操作系统的背景

事务性任务的涌现

注：事务性任务与科学计算性任务相对应，科学计算性任务的特点，耗CPU。
交互性高
响应快速

要求支持多任务/多用户

多终端计算机

高性能计算机+多个终端
主机：运算；CPU+主存
终端：输入和显示
主机采用分时技术轮流为每个终端服务。每个终端都感觉到是“独占”主机。

分时技术

主机以很短的“时间片”为单位，把CPU轮流分配给每个终端使用，直到全部作业被运行完。
由于时间片很短，在终端数不多的情况下，每个终端都很快重新获得CPU，使得每个终端都能得到及时响应。
等待周期=时间片*终端数量

分时系统的特点

多路调制性

多用户联机使用同一台计算机

独占性

用户感觉独占计算机

交互性

及时响应用户的请求。

大型分时系统的实践：有MIT、BEIL和G.E参与。
开发一种“共用计算服务系统”
MULT:Plexed Information and Computing service
同时支持波士顿地区所用分时用户

UNIX

第一个实用化的分时操做系统

第一个真正体现操作系统领域各种先进概念和技术的操作系统。

革新和创造

实现操作系统的可移植性
实现了硬件的无关性

引进了”特殊文件“（specialFile）的概念 Unix发展历史