操作系统的定义
os是一组能有效地组织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，以及方便用户使用的程序集合。
操作系统的目标
在计算机系统上配置操作系统，其主要的目标是：方便性、有效性、可扩充性和开放性。
- 方便性：一个未配置os的计算机系统是极难使用的。用户要想在硬件上运行自己编写的程序，就必须用机器语言书写程序。但是如果配置了os，用户就可以通过os提供的各种命令操作计算机，极大的方便了用户。
- 有效性：第一层含义：提供系统资源的利用率，诸如提高处理机、I/O设备的利用率；第二层含义：提高系统的吞吐量，os可以通过合理地组织计算机的工作流程，加速程序的运行，缩短程序的运行周期，从而提高系统的吞吐量。
- 可扩展性：方便迭代。
- 开放性：遵循世界标准规范，特别是遵循开放性系统互连OSI国际标准。
操作系统的作用
操作系统在计算机系统中所起的作用，可以从用户、资源管理及资源抽象等多个不同的角度来进行分析和讨论。
- os作为用户与计算机硬件系统之间的接口，用户可以使用三种方式使用计算机，即通过命令方式、系统调用方式和图标——窗口方式来实现与操作系统的通信，并取得它的服务。
- os作为计算机系统资源的管理者，系统资源可以分为四类：处理机、存储器、I/O设备以及文件。处理机管理是用于分配和控制处理机；存储器管理主要负责内存的分配与回收；I/O设备管理是负责I/O设备的分配（回收）与操纵；文件管理是用于实现对文件的存取、共享和保护。当一台计算机系统同时提供给多个用户使用时，还需要协调用户对共享资源的使用。
- os实现了对计算机资源的抽象，隐藏了对硬件操作的具体细节，实现了对计算机硬件操作的多个层次的抽象。随着抽象层次的提高，抽象接口所提供的功能就越强大，用户使用起来也就越方便。
操作系统发展的动力
- 不断提高计算机资源的利用率
- 方便用户
- 器件的不断更新迭代
- 计算机体# 系结构的不断发展
- 不断提出新的应用要求
操作系统发展过程
未配置os的计算机系统
- 人工方式：由程序员将纸带装入纸带输入机，启动将纸带上的程序和数据输入计算机，执行。缺点：用户独占全机、cpu等待人工操作(人机矛盾)。
- 脱机输入/输出方式：off-Line I/O，添加一个外围机，由外围机控制程序和数据的输入和输出。减少了cpu的空闲时间、提高了I/O的速度。
单道批处理系统
为实现对作业的连续处理，需要先把一批作业以脱机方式输入到磁带上，并在系统中配上监督程序，在它的控制下，是这批作业能一个接一个地连续处理。
单道批处理系统是在解决人际矛盾和cpu与I/O设备速度不匹配矛盾过程中形成的，旨在提高系统资源的利用率和系统的吞吐量。
**缺点：**系统中的资源得不到充分的利用，在程序进行I/O时，cpu便处于等待状态，而I/O设备的低速性，更使cpu的利用率显著降低。
多道批处理系统
为了进一步资源的利用率和系统的吞吐量，用户提交的作业先存放在外存上，并排成一个队列（称为后备队列），然后由作业调度程序按一定的算法，从后备队列中选择若干个作业调入内存，使他们共享cpu和系统中的资源。例如：可以在A程序在I/O操作时，调度B程序使用CPU。
优缺点：
- 资源利用率高
- 系统吞吐量大
- 平均周转时间长
- 无交互能力
需要解决的问题：
- 处理机争用问题
- 内存分配和保护问题
- I/O设备分配问题
- 文件的组织和管理问题
- 作业管理问题
- 用户与系统接口的问题
分时系统
为了满足用户对人——机交互的需求，由此形成了一种新型OS，用户的需求有：人机交互、共享主机。分时系统是指：在一台主机上连接了多个配有显示器和键盘的终端并由此所组成的系统，该系统允许多个用户同时通过自己的终端，以交互方式使用计算机，共享主机中的资源。
实现中的关键问题：
- 及时接受：采用多路卡。
- 及时处理：作业直接进入内存，采用轮转运行方式（时间片）
分时系统的特征：
- 多路性
- 独立性
- 及时性
- 交互性
实时系统
实时系统是指系统能及时响应外部事件的请求，在规定的时间内完成对该事件的处理，并控制所有实时任务协调一致地运行。
类型：工业（武器）控制系统、信息查询系统、多媒体系统和嵌入式系统
实时任务的类型：
- 周期性实时任务：按一定的周期循环执行
- 非周期性实时任务：无明显的周期性，但必须联系一个截止时间，或称为最后期限，又可以分为开始截止时间和完成截止时间
- 硬实时任务：HRT，是指系统必须满足任务对截止时间的要求，否者可能出现难以预测的后果。比如用于工业和武器控制的实时系统。
- 软实时任务：SRT，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。比如信息查询系统和多媒体系统中的实时系统。
实时系统的特征：
- 多路性
- 独立性
- 及时性
- 交互性
- 可靠性
操作系统的基本特征
前面介绍的多批道处理系统、分时系统和实时系统等都有各自的特征，但是除此之外它们还共同具有并发、共享、虚拟和异步四个基本的特征。
并发：concurrence
正是系统中的程序能并发执行这个特征，才使得OS能够有效地提高系统中的资源利用率，增加系统的吞吐量。
- 并行与并发：并行是指两个或多个事件在同一时刻发生，而并发性是指两个或多个事件在同一时间间隔内发生
- 引入进程：process
共享：sharing
OS环境下的资源共享或者称为资源复用，是指系统中的资源可供内存中多个并发执行的进程共同使用。由于资源属性的不同，进程对资源复用的方式也不同，目前主要实现资源共享的方式有如下两种：
- 互斥共享方式：当进程A要访问某资源时，必须先提出请求，若此时该资源空闲，系统便可以将之分配给进程A使用，此后若再有其他进程也要访问该资源，只要A未用完就必须等待。仅当A进程访问完并且释放系统资源后，才允许其他进程对该资源进行访问。这种资源称为临界资源。如系统中大多数物理设备（打印机、磁带机），以及栈、变量和表格。
- 同时访问方式：允许在一段时间内由多个进程‘同时’对它们进行访问，这里的同时是指宏观意义上的，在微观上，这些进程对资源的访问是交替进行的。比如磁盘设备。
