一、操作系統的作用有三:
1、OS作爲用戶與計算機硬件系統之間的接口
2、OS作爲計算機系統資源的管理者
計算機系統資源可分爲四類:
(1)處理器
(2)儲存器
(3)I/O設備
(4)信息(數據和程序)
OS的主要功能就是針對這四類資源進行有效管理,分別對應着:
(1)進程管理
(2)存儲器管理
(3)設備管理
(4)文件管理
3、OS用作擴充機器
通常把覆蓋了軟件的機器稱爲擴充機或虛擬機,當人們爲裸機覆蓋上包含若干層次的OS之後,即可獲得一臺功能顯著增強的多層擴充機器或多層虛擬機。
二、操作系統的種類有四:
1、脫機(Off-Line)I/O方式的人工操作方式
程序和數據的輸入輸出都是在外圍機的控制下完成,它們是脫離主機的情況下進行的,故稱爲脫機輸入/輸出方式,反之,主機直接控制下進行輸入/輸出的方式稱爲聯機(On-Line)輸入/輸出。其實磁盤在這裏起着緩衝區的作用。
2、單道批處理系統
把一批作業以脫機方式輸入到磁帶(磁盤)上,計算機系統自動地一個作業一個作業順序地進行處理,直到磁帶(磁盤)上的作業全部完成。其特徵爲:自動性、順序性、單道性。
3、多道批處理系統
一個作業一般都會用到(CPU)和(內存以及I/O設備),但只能在一個時刻使用(CPU)和(內存以及I/O設備)其中的一個,所以降低了(CPU)和 (內存以及I/O設備)的利用率,多道批處理系統即讓多個作業交叉使用(CPU)和(內存以及I/O設備)。比如:A用(CPU)時,B正在用(內存以及 I/O設備),A用(內存以及I/O設備)時,B正在用(CPU)。這樣(CPU)和(內存以及I/O設備)在每個時刻都有作業在用它,從而提高了 (CPU)和(內存以及I/O設備)的利用率,增加了系統的吞吐量。
其特徵爲:多道性、無序性、調度性。
優點爲:資源利用率高、系統吞吐量大。
缺點爲:平均週轉時間長、無交互能力。(凡是批處理系統,其週轉時間都很長,因爲作業要排隊)
4、分時系統
分時系統是指在一臺主機上連接多個帶有顯示器和鍵盤的終端,同時允許多個用戶通過自己的終端,以交互方式使用計算機,共享主機中的資源。
分時系統:首先要能夠及時接受用戶要求,即作業要放在內存上,不能放在外存上,作業在外存中不能運行
其次要能夠及時處理用戶命令,即每個作業系統都會爲它分配固定的時間片,用完之後就輪到其他作業運行了,得等待下一次
其特徵爲:多路性、獨立性、及時性、交互性。
5、實時系統
主要應用於實時控制,如:火炮的自動控制系統、飛機的自動駕駛系統以及導彈的制導系統;和實時信息處理,如:飛機或火車的訂票系統、情報檢索系統
實時系統與分時系統的特徵比較:
(1)多路性:分時系統爲(系統)等待(終端用戶)請求,然後爲該終端用戶提供服務;而實時系統爲(系統)自動對(多路)的現場信息採集,然後爲多路提供服務;
(2)獨立性:分時系統爲多個(終端用戶)向(主機)提出服務請求,獨立操作,互不干擾;而實時系統爲(主機)對(多路)進行信息採集和對象控制,互不干擾;
(3)及時性:實時系統比分時系統的及時性更高;
(4)交互性:分時系統爲(系統)爲(終端用戶)提供數據處理服務、資源共享服務等;而實時系統爲(系統)只能爲(多路)提供某些特定的專用服務程序;
(5)可靠性:實時系統比分時系統的可靠性更高;
三、操作系統的基本特性有四:
1、併發:
並行性與併發性的區別:並行性是指兩個或多個時間在同一時刻發生,而併發行是指兩個或多個時間在同一時間間隔內發生;
2、共享:
分互斥共享和同時訪問兩種方式;
互斥共享:只能等一個用完再到下一個用
同時訪問:可以交叉着使用,即可以併發
3、虛擬:
所謂虛擬,是指通過某種技術把一個物理實體變爲若干個邏輯上的對應物(如:只有一個物理CPU,通過虛擬處理機技術將其虛擬成多個邏輯CPU,從用戶的角 度看,感覺是多個CPU在使用,實際上還是那一個物理CPU在使用,只是用戶察覺不出來而已)。而用於實現虛擬的技術,稱爲虛擬技術。
有虛擬處理機技術,虛擬存儲器技術和虛擬設備技術。
4、異步性:
多個進程併發執行時,一般都是交叉使用計算機中的某一個資源的,所以大多數進程通常不是“一氣呵成”,而是以“停停走走”的方式運行,有可能最後進入的作業最先完成,所以進程是以人們不可預知的方向向前推進,此則進程的異步性。
四、操作系統的結構設計
1、傳通操作系統結構包括:無結構操作系統、模塊化OS結構、分層式OS結構
2、先進操作系統結構包括:微內核結構
微內核OS結構能有效地支持多處理機運行,非常適用於分佈式系統環境。所謂微內核技術,是指精心設計的、能實現現代OS核心功能的小型內核,它與一般的 OS不同,它更小更精煉,它不僅運行在覈心態,而且開機後常駐內存,它不會因內存緊張而被換出內存。微內核並非是一個完整的OS,而只是爲構建通用OS提 供一個重要基礎。
微內核的基本功能:
(1)進程管理
(2)存儲器管理
(3)進程通信管理
(4)I/O設備管理