一、操作系统概览

1、操作系统的概念、功能和目标

1.1 操作系统（Operating System，OS）是配置在计算机硬件上的第一层软件，是对硬件系统的首次扩充。其主要作用是管理好这些设备，提高他们的利用率和系统的吞吐量，并未用户和应用程序提供一个简单的接口，便于用户使用。OS是现代计算机系统中最基本和最重要的系统软件，而其他的诸如编译程序、数据库管理系统等系统软件，以及大量的应用软件，都直接依赖于操作系统的支持，取得它所提供的服务。事实上OS已经成为现代计算机系统、多处理机系统、计算机网络中都必须配置的系统软件。

1.2 操作系统的主要目标是：方便性、有效性、可扩充性和开放性。

方便性：一个未配置OS的计算机是极难使用的。操作系统使计算机变得易学易用。有效性：1、提高系统资源的利用率。 2、提高系统的吞吐量。可扩充性：为适应计算机硬件、体系结构以及计算机应用发展的需求，OS必须具有很好的扩充性。近年来OS已广泛采用微内核结构，具有良好的可扩充性。开放性：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。

1.3 操作系统的主要功能：

处理机管理功能：在传统多道程序系统中，处理机的分配和运行都是以进程为基本单位的，因而对处理机的管理可归为对进程的管理。主要功能有：创建和撤销进程，对诸进程的运行协调，实现进程之间的信息互换（进程通信），以及按照一定的算法把处理机分配给进程。存储器管理功能：为多道程序的运行提供良好的环境，提高存储器的利用率，方便用户使用，并能从逻辑上扩充内存。为此，存储器管理应具有内存分配和回收、内存保护、地址映射和内存扩充等功能。设备管理功能：完成用户进程提出的I/O请求，为用户进程分配所需的I/O设备，并完成指定的I/O操作。提高CPU和I/O设备的利用率，提高I/O速度，方便用户使用I/O设备。为此，设备管理应具有缓冲管理、设备分配和设备处理以及虚拟设备等功能。文件管理功能：对用户文件和系统文件进行管理以方便用户使用，并保证文件的安全性。为此，文件管理应具有对文件存储空间的管理、目录管理、文件的读/写管理以及文件的共享与保护等功能。

2、操作系统的特征

2.1 并发（Concurrence）：并发性使得OS能有效的提高系统中的资源利用率，增加系统吞吐量。

并行与并发：并行性是指两个或多个事件在同一时刻发生；并发性是指两个或多个事件在同一时间间隔内发生。

2.2 共享（Sharing）：OS环境下的资源共享或称为资源复用，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。

互斥共享方式：系统中的某些资源，在一段时间内，只允许一个进程访问该资源。同时访问方式：系统中的某些资源，允许一段时间内由多个进程“同时”对他们进行访问。这里所谓的“同时”，在单处理机环境下是宏观意义上的，而在微观上，这些进程对资源的使用是交替进行的。

2.3 虚拟：通过某种技术将一个物理实体变为若干个逻辑上对应物的功能称为“虚拟”。

时分复用技术：1、虚拟处理机技术：它利用某设备为一用户服务的空闲时间，又转去为其他用户服务，使设备得到最充分的利用。2、将一台物理I/O设备虚拟为多台逻辑上的I/O设备，并允许每个用户占用一台逻辑上的I/O设备。这样便可使原来仅允许在一段时间内由一个用户访问的设备（临界资源），变为允许多个用户“同时”访问的共享设备，既宏观上能“同时”为多个用户服务。空分复用技术：利于存储器的空闲空间分区域存放和运行其它的多道程序，以此来提高内存的利用率。100MB的应用程序可以运行在30MB的内存空间。

2.4 异步：异步与同步相对，当一个异步过程调用发出后，调用者在没有得到结果之前，就可以继续执行后续操作。当这个调用完成后，一般通过状态、通知和回调来通知调用者。对于异步调用，调用的返回并不受调用者控制。

3、操作系统的发展与分类

4、OS的运行机制和体系结构

5、中断和异常

6、系统调用