操作系统学习笔记

我们老师推荐的教材：

计算机操作系统教程，张尧学，史美林，清华大学出版社
计算机操作系统，汤子灜等，西安电子科技大学出版社

老师推荐自学的技术

• 云计算（虚拟化）
• 大数据平台（HDFS、MapReduce）

动手：

学习使用Linux
学习Docker技术
学习Hadoop的安装与简单使用

引论

1.软件一般分为以下三类：

• 系统软件：操作系统，编译程序，程序设计语言，链接装配程序等
• 应用软件：应用程序，软件包（数理统计软件包，运筹计算软件包）
• 工具软件：各种诊断程序，检查程序，引导程序

操作系统是一个系统软件。

2.冯诺依曼体系：计算机硬件是由中央处理器（包括运算器和控制器），存储器，输入设备和输出设备。

3.从用户的角度来说，操作系统是计算机用户使用计算机系统的接口。

用户接口：

• 终端
• 图形界面
• API

命令使用方式：

• 联机命令接口：交互式的
• 脱机命令接口：也成为了批处理命令接口

4.手工操作阶段：主机（运控部件，主存），输入设备（如读卡器），输出设备（如穿卡器）和控制台构成

缺点：

• 用户独占主机
• CPU等待人工操作

5.早期批处理系统：

• 联机批处理系统：操作员把各用户提交的一批作业装到输入设备上，然后在监督程序的控制下传送到磁带上。

  优点：减少作业建立时间，减少人工操作时间

  缺点：低速的输入/输出设备与高速的CPU之间形成矛盾

• 脱机批处理系统：卫星机负责把输入机上的作业逐个转输到输入磁带上，当主机需要输入作业时，就把输入带与主机连上。

  上机操作初步实现自动化

5.执行系统：20世纪60年代，通道器件、中断技术出现。通道专门控制外设，可以与CPU并行工作。

6.单道批处理系统特点：

• 自动性： 在顺利的情况下，在磁带上的一批作业能自动地逐个作业依次运行，而无须人工干预。
• 顺序性： 在正常情况下应当完全相同，亦即先调入主存的作业先完成。
• 单道性：主存中仅有一道程序并使之运行，即监督程序每次从磁带上只调入一道程序进入主存运行

7.单道批处理系统评价：

• 解决了作业间的自动转接问题，减少了机器时间的浪费
• 不管作业大小，只要它一旦占用处理机开始执行，它必须一直占据处理机，直到运行完毕
• 资源利用率低
• 对短作业不公平，它们等待执行的时间可能远远超过它们实际执行的时间。
• 交互性差，作业由批处理程序控制运行，用户无法实时控制，运行途中出现故障，只能重新运行。

8.多道程序设计是一种软件技术，允许多个程序同时存在于主存中，按照某种原则分派处理机，逐个执行这些程序。

9.多道程序设计的特点：

• 多道：即计算机主存中同时存放几道相互独立的程序。
• 宏观上并行：同时进入系统的几道程序都处于运行过程中，即它们先后开始了各自的运行，但都未运行完毕。
• 微观上串行：从微观上看，主存中的多道程序轮流地或分时地占用处理器，即多道程序交替执行。

10.多道处理程序的优势：

• 可提高CPU的利用率；
• 可提高主存和I/O设备利用率；
• 可增加系统吞吐量；

多道批处理系统的出现标志着操作系统进入成熟阶段

11.分时系统：把处理器的时间分成很短的时间片（如几百毫秒），这些时间片轮流地分配给各联机作业使用。

• 单道分时系统：主存只驻留一道程序（作业），其余作业都保存在辅存上。该系统由于频繁对辅存调入调出多次而导致系统性能较差。

• 多道分时系统：在主存中同时存放多道作业，由系统把已具备运行条件的所有作业排成一个队列，使它们依次轮流地获得一个时间片来运行。

• 具有“前台”和“后台”的分时系统

  前台区：存放按时间片“调进”和“调出”的作业流；
  后台区：存放批处理作业。仅当前台调进/调出时、或前台已无作业可运行时，方才运行“后台区” 中的作业。

12.分时系统特征：

• 同时性：系统按分时原则为每个用户服务
• 独立性： 每个用户各占一个终端，彼此独立操作，互不干扰
• 及时性：用户的请求能在很短时间内获得响应，通常时间间隔为2--3秒钟
• 交互性：用户可通过终端与系统进行广泛的人机对话

13实时系统：要求及时响应，处理时间短，高可靠性，不强求系统资源的利用率。

按照周期性划分：

• 周期性实时任务
• 非周期性实时任务

根据对截止时间的要求来划分

• 硬实时任务(hard real-time task): 系统必须满足任务对截止时间的要求，否则可能出现难以预测的结果。
• 软实时任务(Soft real-time task): 它也联系着一个截止时间， 但并不严格，若偶尔错过了任务的截止时间， 对系统产生的影响也不会太大。

14.通用操作系统：具有多道批处理，分时，实时处理的功能，是一个多用户，分时，交互型的操作系统。

15.单机操作系统：

• 单用户单任务操作系统： 只允许一个用户上机且只允许用户程序作为一个任务运行。
• 单用户多任务操作系统：只允许一个用户上级，但允许将一个用户程序划分为若干个任务，使它们并发执行。如我们的win10,win7等。
• 多用户多任务操作系统：多个用户通过各自终端使用一台主机，每个用户程序又可进一步分为若干个任务，使它们并发执行。

16.网路操作系统具备功能：

• 网络通信：最基本的功能

• 资源管理：协调各用户对资源的使用。

• 网络服务：如电子邮件服务等。

• 网络管理：其最基本的任务是安全管理。

  比如，通过 “存取控制” 来确保存取数据的安全性；

  通过 “容灾技术” 来保证系统发生故障时数据的安全性

• 互操作能力：局域网中，指的是连接在服务器上的多台客户机和主机不仅能与服务器通信，还能以透明的方式访问服务器上的文件系统。在互连网络环境下指的是不同网络间的客户机不仅能通信，而且也能以透明的方式访问其他网络中的文件服务器。

17.分布式系统：若干计算机的集合，是一个逻辑上紧密耦合的系统。计算机间的通信由网络来完成，但与计算机网络相比分布式系统具有 多机合作 和 健壮性。 分布式系统如Hadoop, 区块链等，一些深度学习的框架也可分布化。

18.嵌入式系统特点：

• 微型化： 可用内存少，提供的能源较少
• 可定制：由于平台多种多样，因此表现出专业化的特点。
• 实时性
• 可靠性
• 易移植性
• 开发环境与其定制或配置工具联系紧密。