# 【操作系统笔记(1)】概论

操作系统是系统软件的一种，系统软件和应用软件是软件的子集，然后计算机系统就是由软件和硬件以及固件组成。

问题

  • 设计现代OS的主要目标是什么?
  • OS的作用可表现在哪几个方面?
  • 试说明推动多道批处理系统形成和发展
    的主要动力是什么。
  • 何谓脱机1/O和联机1/O?
  • OS有哪几大特征?其最基本的特征是什
    么？
  • 微内核操作系统具有哪些优点?它为何
    能有这些优点？
  • 在微内核 OS 中，为什么要采用客户/服务器模式？

操作系统的定义

  • 操作系统是铺设在硬件上的多层系统
    软件，它们不仅增强了系统功能,而且还隐藏了
    对硬件操作的细节,由它们实现对计算机硬件的
    多个层次的抽象。

操作系统(operating system)定义
操作系统是直接控制和管理计算机硬件、软件资源的最基本的系统软件,用以方便用户充分、有效的利用这些资源并增强整个计算机的处理能力。
操作系统的非形式化定义（关键点）：系统软件,程
序模块的集合,资源管理和用户接口功能

操作系统的几个阶段

操作系统经历了几个主要的发展阶段，包括批处理系统、分时系统、实时系统和网络操作系统：

批处理系统

批处理系统（Batch Processing Systems）：这是计算机最早的操作系统形式之一。在这种系统中，作业（Job）被一次性提交到计算机，计算机按照作业的顺序依次执行。优点是能够提高计算机的利用率，缺点是用户需要等待很长时间才能得到结果，而且无法进行交互式操作。

分时系统

分时系统（Time-Sharing Systems）：分时系统允许多个用户通过终端同时访问计算机系统，每个用户都感觉到自己在独占计算机。分时系统能够实现多任务处理，提高了用户的响应速度和交互性，但需要处理大量的中断和切换，对系统的性能有一定要求。

实时系统

实时系统（Real-Time Systems）：实时系统要求计算机在规定的时间内完成任务的处理，可以分为硬实时系统和软实时系统。硬实时系统对任务的响应时间要求非常严格，一旦错过了截止时间就会导致系统失效；软实时系统对响应时间要求相对较宽松，允许偶尔的延迟。实时系统广泛应用于航空航天、医疗等领域。

网络操作系统

网络操作系统（Network Operating Systems）：随着计算机网络的普及，操作系统需要支持网络功能。网络操作系统提供了网络通信、资源共享等功能，使得多台计算机可以协同工作。优点是提高了资源利用率和工作效率，缺点是网络安全和管理的难度增加。

不同阶段的操作系统发展时间没有固定的界限，而是随着技术的发展和应用需求的变化而不断演变。

操作系统的基本特征

并发

并发（Concurrency）：操作系统能够同时处理多个任务，实现多任务处理。并发性使得计算机可以同时执行多个程序，提高了系统的效率和资源利用率。

共享

共享（Sharing）：操作系统管理和分配计算机系统中的资源，包括处理器、内存、文件和设备等，实现资源的共享和协作。共享性使得多个用户可以同时访问和使用计算机系统的资源。

虚拟性

虚拟性（Virtualization）：操作系统可以将物理资源抽象为虚拟资源，使得多个程序可以独立地使用这些资源，而不需要了解物理硬件的细节。虚拟性提高了系统的灵活性和可管理性。

异步性

异步性（Asynchrony）：操作系统中的任务是异步执行的，任务的执行顺序和速度不是固定的，取决于系统的调度和各种事件的发生。异步性使得系统能够灵活地响应各种事件和请求。

感受

总体的概论看下来，其实相当于读计算机系统的历史。它在试图让我明白：现在的计算机系统为什么是这个形态，它到底经历了什么，又是为什么经历这些的。这一门课最简单的应该就是这些了，简单了解一下，之后回来细看也不迟。

解答

  • 操作系统的作用是：
    1,作为用户与计算机硬件系统之间的接口
    2·作为计算机系统资源的管理者
    3、实现了对计算机资源的抽象

  • 多道批处理系统的前身是单道批处理系统，有着CPU和I/O设备使用忙闲不均的缺点。多道批处理系统很好的解决了这个问题，有着多道性、无序性、调度性的特点。所以它出现的动力应该是提高计算机资源利用率、提高用户的响应速度、提高系统的可靠性、提高系统的吞吐量。

  • 操作系统的基本特征有并发、共享、虚拟、异步。其中并发是其他三个特征的基础，而共享和并发是操作系统==最基本的特征==，它们互为存在条件。

  • 微内核操作系统的优点：
    提高了系统的可扩展性
    增强了系统的可靠性
    可移植性
    提供了对分布式系统的支持
    融入了面向对象技术

  • 原因

  • 主要目标为：

    • 方便性–用户的观点
    • 有效性
      使计算机的各类资源在系统的管理下得到更有效的利用
      早期OS的主要目标
      有效提高CPU和I/0设备利用率
      提高的方法：合理地组织计算机的工作流程
    • 开放性
      开放性是指系统能遵循世界标准规范，特别是遵循
      开放系统互连(OSI)国际标准。
    • 可扩充性–系统开发人员
      应采用新的OS结构,如微内核结构和客户服务器模式。

  • 灵活性（Flexibility）：微内核操作系统采用模块化设计，将核心功能（如调度、内存管理）和其他功能（如文件系统、网络协议栈）分离成独立的模块，因此可以根据需要灵活地扩展或替换系统的各个部分，提高系统的定制性和可扩展性。
    可靠性（Reliability）：微内核操作系统将核心功能尽可能精简，减少了系统的复杂性和代码量，从而降低了系统出错的概率，提高了系统的可靠性和稳定性。
    安全性（Security）：由于微内核操作系统采用了严格的模块化设计，不同功能模块之间通过明确定义的接口进行通信，因此可以更容易地实现安全隔离，防止恶意代码对系统的攻击和破坏。
    可维护性（Maintainability）：微内核操作系统的模块化设计使得系统的各个部分相对独立，因此可以更容易地对系统进行维护和升级，降低了系统的维护成本和风险。
    性能（Performance）：虽然微内核操作系统因为模块化设计而引入了一定的性能开销，但通过优化和合理设计，可以在不影响系统稳定性的前提下提高系统的性能和响应速度。

  • 模块化和可扩展性：微内核将操作系统的基本功能分解为不同的服务，每个服务都可以独立地开发、部署和维护。这种模块化的设计使得系统更容易扩展和定制，可以根据需要添加或删除服务。
    保持系统的简洁性和可靠性：将核心功能保留在微内核中，其他功能以服务的形式运行，可以减少内核的复杂性和大小。这有助于提高系统的可靠性和稳定性。
    提高系统的安全性：微内核可以将关键的系统功能与用户功能分离，通过客户/服务器模式，可以限制对关键服务的访问，从而提高系统的安全性。
    支持多样化的应用需求：通过客户/服务器模式，不同的应用程序可以选择性地使用不同的服务，根据自己的需求定制系统功能，从而实现更好的应用性能和效率。
    便于系统的管理和维护：微内核操作系统中的服务可以独立地加载、卸载和更新，这样可以更容易地对系统进行管理和维护，提高系统的可用性和可维护性。