操作系统概述
一 什么是操作系统
操作系统(Operating System, OS)是计算机系统中的一个系统软件
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它能有效地控制和管理计算机系统中的硬件和软件资源;
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合理地组织计算机系统的工作流程;
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提供用户与计算机硬件之 间的软件接口,
使用户能够方便、有效、安全、可靠地使用计算机;
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使整个计算机系统高效地运行。
二 OS 的作用
OS 是用户与计算机硬件之间的接口
OS 处于用户与硬件系统之间,用户通过 OS 来使用计算机硬件系统。
OS 是计算机系统资源的管理者
一个计算机系统包含的软硬件资源可分为四类:
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处理器
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存储器
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IO 设备
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文件(数据和程序)
OS 就是对这四类资源进行有效管理的。
- CPU:分配、控制
- 存储器:分配、管理、回收
- IO 设备:分配、操纵、回收
- 文件:存取、共享、保护
OS 实现了对计算机资源的抽象
为方便用户对系统资源的使用,OS 将计算机资源抽象为一组数据结构及操作命令(对象),然后再设计出对这些抽象资源的管理软件,然后再将这些管理软件逐层覆盖在计算机硬件之上,形成一层层的虚拟器。这些虚拟器是逐层系统软件覆盖在裸机上而成的逻辑计算机。
用户对计算机的使用大多集中在 IO 操作上。
- 第 1 层抽象:对 IO 设备的管理。
- 第 2 层抽象:对文件的管理。
- 第 3 层抽象:对图形操作的管理。
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- 第 n 层抽象
三 操作系统的发展历程
操作系统发展的动力:作业调度算法与用户体验。
裸机
第一代计算机:电子管计算机 (1946 年第一台计算机诞生 至 20 世纪 50 年代中期)
裸机的发展过程经历了两个阶段:纯人工操作阶段 和 脱机 IO 阶段
纯人工操作阶段
缺点:用户独占全机,CPU 等待人工操作。
脱机 IO 阶段
为了解决人机矛盾及 CPU 与 IO 设备速度不匹配矛盾,
在 20 世纪 50 年代末出现了脱机 IO 技术。
将 IO 设备从主机中分离,主机只对磁带进行读写操作。
主机不再直接与慢速的 IO 设备打交道,而是与速度相对较快的磁带机发生关系。
单道批处理系统
第二代计算机:晶体管计算机 (20 世纪 50 年代末期 至 60年代中期)
该系统需要用户事先将一批作业以脱机方式输入到磁带上。
该系统中配上了监督程序 Monitor .
在 Monitor 控制下,使这批作用逐个连续处理,充分利用了主机资源。
- 单道:内存中始终只有一道作业
- 批处理:磁带上有多道作业,安装一次磁带,可以处理一批作业
其具体处理过程:
- Monitor 将磁带上的第一个作业装入内存,并将运行控制权交给该作业
- 当该作业处理完毕后,再将运行控制权还给 Monitor
- Monitor 再将磁带上的第二个作业装入内存,并将运行控制权交给该作业
- 以此类推,直到当前磁带上的所有作业运行完毕。整个过程中无法进行交互
IO 执行过程中,主机是闲置状态,主机利用率低。因为内存中只有一道作业