操作系统概述

一、操作系统的作用
1、操作系统使系统编程接口更简单
(1)、操作系统为上层环境提供了系统调用和各种库函数，起到了将物理裸机进行抽象的作用
(2)、内核为用户程序提供系统调用接口。系统调用可以看成是特殊的公共子程序。
2、操作系统使系统资源利用更充分
(1)、操作系统的介入使进程的并发和共享更易实现
(2)、资源共享的两种方法：时分和空分
时分：多用户分时的使用资源
空分：针对存储资源而言的，存储资源的空间可以被多个用户共同以分割的方式占用
3、操作系统使程序运行环境更友好
操作系统既可以使用命令解释程序与用户进行交互，也可以通过对进程的控制与调度来运行用户的程序，为用户提供使用计算机和编程的友好环境

二、I/O端口
I/O端口编址方式：统一编址、独立编址
I/O控制方式：轮询、中断、DMA

三、操作系统发展
1、无操作系统阶段
2、单道批处理系统
使用监督程序控制批量作业的调度，每次只调度一个作业进入内存运行
3、多道批处理系统
为了应对单道批处理系统中CPU利用率很低的问题，标志着真正意义的操作系统的诞生
4、分时操作系统
一台主机连接多个显示器和键盘的终端，多个用户分时使用CPU的时间
5、实时操作系统
一种专用操作系统
6、嵌入式操作系统
实时的、支持嵌入式系统应用的操作系统软件
7、网络操作系统
应具有以下功能：提供高效可靠的网络通讯能力
提供多项网络服务功能，如远程管理、文件传输、电子邮件、远程打印
8、分布式操作系统
工作方式为松散耦合方式，整个联网的计算机群的行为相是一台单处理机的计算机一样，其：
是一个统一的操作系统
所有的分布式系统中资源深度共享
系统对用户透明
多个主机都是平等的

四、操作系统的特征
1、并发性
(1)、并发性指两个或多个事件在同一时间间隔内发生
(2)、并行性指两个或多个事件在 同一时间发生
(3)、程序的并发执行，有效地改善了系统资源的利用率和提高了系统的吞吐量
2、共享性
(1)、操作系统与多个用户的程序共同使用计算机系统中的资源(互斥共享、同时访问)
(2)、资源共享指系统中的硬件和软件资源不再为某个程序所独占，而是提供多个用户共同使用
并发和共享是操作系统两个最基本的特征，这两者又是互为存在条件的
3、虚拟性
虚拟性指把一个物理上的实体，变为若干逻辑上的对应物
4、异步性
每个程序在何时执行，多个程序间的执行顺序以及完成每道程序所需的时间都是不确定和不可预知的

五、操作系统的主要功能
1、处理机功能：创建和撤销进程(线程)、对进程(线程)的运行进行协调、实现进程间的信息交换、按一定的算法把处理机分配给进程
2、存储器管理：内存分配、内存保护、地址映射、内存扩充
3、设备管理：管理计算机中所有外围设备
4、文件管理：对用户文件进行管理，方便用户并保证文件的安全性
5、用户接口：方便用户使用，包括命令接口、程序接口以及图形接口

六、操作系统结构
1、整体式结构
(1)、程序设计方法是将总体功能划分为若干子功能，子功能在往下细分，直至最基本的功能为止。实现每个子功能的程序称为模块。整个程序就是由接口将所有模块连接起来的一个整体
(2)、结构模型
有一个主程序，用来调用请求的服务过程
有一套服务过程，用来执行系统调用
有一套实用过程，用来辅助服务过程

2、分层式结构
在硬件裸机的基础上一层一层向上扩充软件，其中低层软件为高层软件提供服务，高层软件通过调用低层软件实现其功能
3、虚拟机结构
系统的核心被称为虚拟机监控器。他在裸机上运行并具备多道程序设计功能。该系统向上层提供多台虚拟机，每台虚拟机是对裸机的精确复制。每台虚拟机上都可以运行一台裸机所能运行的任何类型的操作系统
4、微内核结构
(1)、将系统服务与系统的最基本操作分离开来。OS被分为服务器和OS核心两部分。所有的服务器都工作于用户态，内核由一个非常简单的硬件抽象层和一组比较关键的原语或系统调用组成，用来处理客户程序与服务器之间的通信过程
(2)、作用
提高了系统的简单性，灵活性和可扩充性
提高了系统的可靠性
支持多处理机运行，适用于分布式系统

七、常见操作系统
UNIX、Windows、Linux、Kylin