第一章.操作系统概述
物联网
2018-09-23 05:16:57
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1.1操作系统的目标、作用和模型
- 目标:方便性、有效性、可扩充性、开放性
- 作用: 1)作为用户与计算机硬件系统之间的接口
2)OS作为计算机系统资源的管理者
- 处理器——>处理器管理
- 存储器——>存储器管理
- I/O设备——>I/O设备管理
- 信息(数据和程序)——>文件管理
3)OS用作扩充机器
1.2操作系统的发展过程
- 人工操作
- 脱机输入/输出(Off-Line I/O)方式
- 优点:1)减少了CPU的空闲时间
2)提高I/O速度
- 缺点:系统开销大
- 单道批处理系统
- 特征:单道性、顺序性、自动性
- 优点:一定程度解决人机矛盾,CPU与I/O速度矛盾
提高了资源利用率和系统吞吐量;
算做OS的前身,但还不是现在所理解的OS;
- 多道批处理系统
- 特征:多道性、无序性、调度性
- 优点:资源利用率高:CPU和内存利用率较高;
系统吞吐量大:单位时间内完成的工作总量大;
- 缺点:平均周转时间长:短作业的周转时间显著增长;
无交互能力:整个作业完成后或中间出错时,才与用户交互,不利于调试和修改;
- 分时系统
- 实时系统
- |
多路性 |
独立性 |
及时性 |
交互性 |
可靠性 |
批处理系统 |
无 |
无 |
差(天) |
差 |
一般 |
分时体统 |
多终端服务 |
有 |
好(分,秒) |
好 |
可靠 |
实时系统 |
多路采集、多路控制 |
有 |
最好(毫秒、微秒) |
一般 |
高度可靠 |
分布式OS与网络OS的最主要的区别是透明性
操作系统:一组控制和管理计算机硬件和软件资源,合理地对各类作业进行调度(多道),方便用户使用的程序的集合。
1.3操作系统的基本特征
- 各种操作系统共同特征: 并发、共享、虚拟、异步
- 多道并发 是最根本的特征,并发引出五大管理功能,同时也使OS有了更多的特征
- 并发:
- 并发性:两个或多个事件在同一时段发生
- 并行性:两个或多个事件在同一时刻发生
- 单处理机系统中 处理机与设备、处理机与同道、设备与设备 可并行,进程与进程不能并行
- 共享:互斥共享、同时访问
- 并发与共享互为存在的条件:
- 多个程序并发才导致了资源需要共享
- 资源共享如果未有协调好,必然影响程序的并发执行
- 虚拟:时分复用、空分复用
- 异步:指进程的执行顺序和执行时间的不确定性
- 进程的执行顺序和执行时间的不确定性
- 允许异步,但结果应正确
1.4操作系统的主要功能
- 处理机管理功能(作业管理)
- 存储器管理功能
- 内存分配:为每道程序分配内存空间(包产到户)具体分配涉及许多细节
- 分配方式:动态、静态
- 分配机制需要的数据结构、分配算法、回收内存功能
- 内存保护:确保每道用户程序都只在自己的内存空间中运行
- 需要一个硬件——界限寄存器,存放正在执行进程的内存上下界,每条指令的访问地址都要进行越界检查,一般用硬件实现检查
- 地址映射:进程的逻辑地址到内存物理地址的映射
- 程序编译形成的目标程序地址都是从0开始,是逻辑地址
- 真正调入内存某个空间存放的地址是物理地址
- 内存扩充:用虚拟存储技术解决内存容量不足的问题
- 设备管理功能
- 缓冲管理:匹配CPU和外设的速度,提高两者的利用率和并行操作程度
- 设备分配:按某种设备分配策略,为之分配所需的设备;
应设置设备控制表等数据结构记录设备及其控制器的标识符和状态;不同的设备,分配方式不同
- 设备处理:设备处理程序即驱动程序,及时X响应设备控制器请求,实现CPU和设备控制器之间的通信。
- 文件管理功能
- 存储空间的管理:分配外存空间,提高外存的利用率,提高文件系统的运行速度
- 目录管理:为文件建立目录项,并有效组织,实现方便的按名存取;提供快速的目录查询手段,提高文件检索速度;还需实现文件共享
- 文件的读写管理和保护:读写操作与有效的存取控制功能
- 用户接口
- 命令接口:用户可通过键盘终端发出命令以控制作业的运行
- 联机用户接口:由一组磁盘操作命令和命令解释程序组成
- 脱机用户接口:由一组作业控制语言组成,如批处理文件
- 程序接口
- 图形接口
1.5操作系统的结构
- 无结构OS
- 模块化OS结构
- 优点:提高设计的正确性、可理解性和可维护性;
增强了OS的可适应性,可选用相应功能模块,也可进行增减和修补以满足新需求;加速了开发过程
- 分层式OS结构
- 优点:易保证系统正确性、易扩充和维护
- 缺点:分层单向依赖,执行一个功能,总要自下而上地穿越多层,增加系统通信开销,降低了效率
- 微内核OS结构
- 客户/服务器技术
- 优点:数据分布处理和存储;灵活可扩充,易于修改维护,仍方便集中管理
- 面向对象技术
- 进程、线程、消息、存储器都可抽象成对象。可修改、扩充,具有继承性,容易保证正确和可靠性
- 微内核
- 优点:灵活、可扩充:可选配功能服务器模块
增强可靠性:内核是稳定的核心,只有它能直接访问硬件。服务器在用户态出错绝不会导致系统瘫痪。
可移植性:操作系统绝大部分(各种服务器程序)与硬件平台无关,在不同硬件平台间移植时修改比较小。
该机制尤其适用于分布式系统
采用面向对象技术,减少开发开销
- 缺点:运行效率低
转载自blog.csdn.net/qq_40199634/article/details/82809875