操做系統概述

操做系統概述

什麼是操做系統?

　　操做系統（operating system, OS）是管理計算機硬件的程序。是應用程序運行的基礎，同時充當着計算機用戶和和計算機硬件的中介。不一樣的機器操做系統的主要用途也不一樣：我的計算機(Personal Computer, PC)的操做系統支持複雜遊戲，商業應用及其之間的其餘應用。移動計算機的操做系統則爲用戶提供一個環境，便於和計算機進行交互及執行程序……

 

操做系統的目標

　　1．操做系統充當用戶和計算機硬件的中介，運行用戶程序是操做系統的核心目標。

　　2．更高效的管理計算機硬件，合理組織工做的流程，提升資源的利用率（系統的吞吐量）。

操做系統的發展過程

　　1．無操做系統——真空管時代

此時用戶佔據了所有資源，CPU和I/O的速度徹底不匹配。高速CPU常常要等待低速的I/O設備，致使CPU閒置。數據經過穿孔機或者卡片裝入，同時每一個使用用戶都要自行編寫源代碼，工做量大易出錯。

解決方式:

　　l  脫機I/O：經過把I/O的工做放到外圍機來完成，脫離主機的狀況下進行，使用磁帶做爲輸入/輸出的中介，稱爲脫機輸入/輸出

 

　　2．單道批處理系統——晶體管時代

　　把一批做業以脫機輸入的方式輸入到磁帶，利用磁帶把任務分類編成做業並順序執行，每批做業由專門的程序（Monitor）自動依次處理。此方式解決了CPU和人工I/O之間速度不匹配的問題。單道指的是一次只能處理一個程序。其雖然必定程度減小了CPU的空閒時間，可是CPU和I/O設備忙閒不均也是主要缺點。

　　3．多道批處理系統——集成電路時代

　　此時爲了提升資源的利用率，而在內存中同時存放幾個做業，且多個做業共享CPU、內存、外設等資源。多道的最大優勢是可使CPU儘量的處於忙狀態，進而提升CPU的利用率。同時做業有無序性，做業進入的順序和輸出的順序無直接關聯。還具備調度性，須要經過調度算法來肯定具體哪一個做業先行執行。但其不具有交互能力

多道批處理系統基於中斷技術和通道

　　l  通道：是一種專用部件，負責外設和內存之間的信息傳輸。

　　l  中斷：指主機收到外界信號，當即終止工做，轉去處理外來的事件，處理完後再繼續處理被中斷的工做。

下面是單道和多道的示意圖

 

　　4．分時系統

在多道的基礎上增長了交互服務。把CPU的相應時間分紅若干個大小相等(或不等)的時間單位，稱爲時間片（time slice），每一個用戶得到CPU後開始運行，當其時間片時間到，該用戶暫停運行，等待下一次CPU的分配。由於時間片對於用戶來講時間極短，請求能被及時處理，每一個用戶都感受獨佔了計算機同樣。今後操做系統開始分化，例如實時系統、網絡系統……

       5．實時系統

              能及時響應外部請求，並在規定時間內完成相應處理的操做系統。其最須要保障的是可靠性，保障任務能在規定時間內正確相應。若是系統的時間約束條件得不到知足，將會發生系統出錯。其具體還可分爲兩種系統：

　　l  強實時系統：主要應用在航空航天、軍事、核工業等一些關鍵領域中，應用時間需求應可以獲得徹底知足，不然就形成如飛機失事等重大地安全事故，形成重大地生命財產損失和生態破壞。在這類系統的設計和實現過程當中，應採用各類分析、模擬及形式化驗證方法對系統進行嚴格的檢驗，以保證在各類狀況下應用的時間需求和功能需求都可以獲得知足。

　　l  弱實時系統：某些應用雖然提出了時間需求，但實時任務偶爾違反這種需求對系統的運行以及環境不會形成嚴重影響，如視頻點播（Video-On-Demand，VOD）系統、信息採集與檢索系統就是典型的弱實時系統。在VOD系統中，系統只需保證絕大多數狀況下視頻數據可以及時傳輸給用戶便可，偶爾的數據傳輸延遲對用戶不會形成很大影響，也不會形成像飛機失事同樣嚴重的後果。

操做系統的特徵

　　l  併發性：兩個或者兩個以上的活動在同一時間間隔內發生

　　l  共享性：系統不在爲某個程序獨佔，而是多個用戶共享

　　l  虛擬性：邏輯上的對應物能夠和物理上的實體數量不匹配

　　l  不肯定性：併發程序以不可預知的速度向前推動，併發活動具備不可再現性，可能致使程序的執行結果不惟一，OS須要在隨機環境下保證程序肯定結果