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引论
操作系统是配置在计算机硬件上的第一层软件
操作系统定义：操作系统是一组能有效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的集合。
其主要功能是管理硬件设备，提高它们的利用率和系统吞吐量，并为用户和应用程序提供一个简单的接口，以便于用户和应用程序使用硬件设备。
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操作系统的目标，作用以及发展动力
** 目标**：方便性，有效性，可扩充行，开放性
** 作用**：
A.作为用户和计算机硬件系统之间的接口。
操作系统处于用户与计算机硬件系统之间，用户通过操作系统来使用计算机硬件系统。用户可以通过三种方式使用计算机，即命令方式，系统调用和图形/窗口方式
B.作为计算机系统资源的管理者
计算机资源可分为四类：处理机，存储器，I/O设备以及信息（数据和程序）。
C.实现了对计算机资源的抽象
对于一个完全无软件的计算机系统，由于它向用户提供的仅仅是硬件接口，即物理接口，用户必须对物理接口的实现充分了解，使用户难以使用。为方便用户使用IO设备操作的细节，人们在裸机上覆盖了一层IO设备管理软件，其隐藏了IO设备操作的细节，抽象为一组数据结构以及一组IO操作的命令，这样用户就可以利用这些数据结构及操作命令来进行数据输入或输出，而无需关心IO是如何具体实现的。
**主要发展动力**
A.不断提高计算机系统资源的利用率
通过减少CPU的空闲时间和IO设备的速度来提高资源利用率
单道批处理系统：通过减少计算机的空闲时间提高系统中央处理机和IO设备的利用率。
分时系统：支持多个用户使用一台计算机。（使资源利用率大大提高，并且能实现人机交互，感觉自己独占全机）
虚拟存储器技术：能够有效提高存储器系统利用率并能从逻辑上扩大内存。
B.方便用户
在基本解决资源利用率的问题之后，用户在使用计算机和调试程序时的不方便性成为了主要矛盾。
分时系统：能实现人机交互，像早期一样感觉自己独占全机，对其进行直接操控。
图形界面出现：极大方便用户对计算机的使用。
C.器件不断更新换代
D.计算机体系结构不断发展
B.不断提高新的应用需求
及时响应（实时系统），多媒体功能，安全性，CPU快速发展使大量智能设备（智能手机）应运而生，使得嵌入式操作系统的产生和发展成为必然。
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操作系统的发展过程
计算机发展经历了人工操作方式，脱机IO方式，单道批处理系统，多道批处理系统，分时系统，实时系统，微机操作系统，嵌入式操作系统，网络操作系统，分布式操作系统。
A.人工操作方式
特点：a.用户独占全机
b.CPU等待人工操作
B.脱机IO方式
特点：a.减少了CPU的空闲时间
b.提高了IO速度
C.单道批处理系统
处理过程:首先由监督程序将磁带上的第一个作业装人内存，并把运行控制权交给该作业;当该作业处理完成时，又把运行控制权交还给监督程序，再由监督程序把磁带上的第二个作业调人内存。计算机系统就这样自动地、一个作业紧接一 个作业地进行处理， 直至磁带上的所有作业全部完成，这样便形成了早期的批处理系统。虽然该系统对作业的处理是成批进行的，但在内存中始终只保持道作业。故称之为单道批处理系统。
缺点：
a.系统中的资源得不到充分利用。
b.IO设备的低速性也使CPU的利用率显著降低。
D.多道批处理系统
**目的**：提高资源的利用率和系统的吞吐量。
**优点**：
a.资源利用率高
b.系统吞吐量大
**缺点**：
a.平均周转周期长
b.无交互能力
**需要解决的问题**：
a.争用处理机问题：既要能满足各道程序运行的需要，又要能提高处理机的利用率。
b.内存分配问题：为每到程序分配必要的内存，且不会因为某道程序的异常二影响到其他程序。
c.文件的组织与管理问题：系统能有效的组织存放在系统中的大量程序和数据，以使它们既便于用户使用，又能保证数据的安全性。
d.作业管理问题：系统要能对所有作业进行合理的组织，以满足这些作业对应用户的不同要求。
e.IO设备分配问题：系统应该采取适当的策略来分配操作系统中的IO设备，达到既方便用户对设备的使用，又能提高设备的利用率。
f.用户与系统的接口问题：提供用户与操作系统之间的接口，方便用户使用。
E.分时系统
发展动力：满足用户对人机交互的需求。
表现：人机交互，共享主机
解决的关键问题：如何使用户能与自己的作业进行交互——＞及时接受，及时处理
特征：多路性，独立性，及时性，交互性。
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。
F.实时系统
实时系统类型：工业控制系统，信息查询系统，多媒体系统，嵌入式系统。
实时任务类型：周期性实时任务和非周期性实时任务，硬实时任务和软实时任务。
G.微机操作系统
a.单用户单任务操作系统
b.单用户多任务操作系统
c.多用户多任务操作系统
H.嵌入式操作系统
特点：
a.系统内核小
b.系统精简
c.实时性高
d.具有可配置性
I.网络操作系统
特征：
a.硬件独立性
b.接口一致性
c.资源透明性
d.系统可靠性
e.执行并行性
功能：
a.连接的建立与拆除
b.报文的分解与组装
c.传输控制
d.流量控制
e.差错的检测与纠正
J.分布式操作系统
特征：分布性，透明性，全局性
功能：
a.通信管理功能
b.资源管理功能
c.进程管理功能
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操作系统的基本特征
并发，共享，虚拟，异步
并发和共享是操作系统最基本的特征。
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操作系统的运行环境
硬件支持
操作系统的内核指的是一直运行在计算机上的程序。除了内核外，还有系统程序和应用程序（与系统程序运行无关）。
操作系统的内核
目的：a.便于对软件进行保护
b.提高操作系统的运行效率
三种最基本的支撑功能：中断处理，时钟管理，原语操作。
资源管理功能：进程管理，存储器管理，设备管理。
处理机工作的双重模式：内核态和用户态。指令分为特权指令和非特权指令，内核态可以执行特权指令和非特权指令，用户态只能执行非特权指令。
中断与异常：事件总是由中断或陷阱引起的，**陷阱是一种由软件引起的中断。**中断是由硬件通过系统总线发送信号到CPU来触发的。（中断硬件，异常软件）
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操作系统的主要功能
A.处理机管理功能
主要任务
a.进程控制
b.进程同步
c.进程通信
d.进程调度
B.存储器管理功能
主要任务：为多道程序的运行提供良好环境，提高存储器的利用率，方便用户使用，并能从逻辑上扩大内存。
功能：
a.内存分配和回收
静态分配方式
动态分配方式
b.内存保护
确保每道程序都仅仅在自己的内存空间运行，彼此互不干涉。
绝不允许用户程序访问操作系统的程序和数据。
c.地址映射
d.内存扩充
请求调入功能
置换功能
C.设备管理功能
主要任务：
a.完成用户进程提出的IO请求。
b.提高CPU和IO设备的利用率。
功能：
a.缓冲管理
b.设备分配
c.设备处理
D.文件管理功能
主要任务：对用户文件和系统文件进行管理以方便用户使用，并保证安全性。
功能：
a.文件存储空间管理
b.目录管理
c.文件的读写管理和保护
E.接口管理功能
主要任务：方便用户对操作系统的使用。
功能：
a.用户接口
联机用户接口（命令行方式）
脱机用户接口（批命令方式）
图形用户接口
b.程序接口
现在操作系统新功能：
保障系统安全：认证技术，密码技术，访问控制技术，反病毒技术。
支持用户通过联网获取服务：网络通信，资源管理，应用互操作。
可处理多媒体信息：接纳控制功能，实时调度，存储多媒体文件。
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操作系统的结构
A.简单结构
B.模块化结构
优点：
a.提高了操作系统设计的正确性，可理解性和易维护性。
b.增强了操作系统的可适应性。
c.加速了操作系统的开发过程。
C.分层式结构
D.微内核结构
E.外内核结构
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系统调用