【OS笔记 1】操作系统的目标和作用、发展过程_在计算机系统上配置 os(operating system,操作系统)的目标是什么?作用主要表现在

操作系统的定义：

定义一： 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。（之前只是一个裸机）

定义二： 操纵系统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的合集。

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一、操作系统的目标和作用

1. 操作系统的目标

其主要目标是：方便性、有效性、可扩充性和开放性。
其中设计 OS 最重要 的两个目标是：方便性、有效性。

有效性的两层含义：
① 提高系统资源的利用率（因为以前各种设备都经常处于空闲状态）
② 提高系统的吞吐量（合理组织计算机的工作流程，加速程序运行）

2. 操作系统的作用

（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（硬件）资源的抽象（没有OS的时候，用户必须对物理接口的实现细节有充分了解，有了OS之后，用户通过硬件上铺设的软件，可以更容易地使用计算机硬件资源）

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二、操作系统的发展过程

1. 未配置操作系统的计算机系统

（1） 人工操作方式

由程序员将事先已穿孔的纸带（或卡片），装入纸带输入机（或卡片输入机），再启动它们将纸带（或卡片）上的程序和数据输入计算机，然后启动计算机运行。

缺点：① 用户独占全机 ② CPU需要等待人工的操作，比如装卡、卸卡等

（2） 脱机输入/输出方式

脱机 指的是输入和输出数据时不占用主机时间（但需要额外的外围机控制）

事先将纸带上的用户程序和数据 装入纸带输入机，然后再经过外围机的控制，把他们输入到磁带上。当CPU需要这些程序和数据时，再从磁带上高速地调入内存。

输出也是类似的，CPU可以先将数据从内存高速输出到磁带上，然后再在另一台外围机的控制下，将磁带上的数据从输出设备输出。

优点： ① 减少了CPU的空闲时间 ② 提高了IO速度（因为磁带比较高速）

2. 单道批处理系统

工作模式： 在处理完一个作业之后，紧接着处理下一个作业。在内存中始终只保持一道作业，故称为单道批处理系统。

处理流程： 如图

缺点： 系统中的资源得不到充分的利用。
原因： 在内存中仅有一道程序，每逢该程序在运行中发出 I/O 请求后，CPU便处于等待状态，必须在 I/O 完成之后才能继续运行。又因为 I/O 设备的低速性，更使CPU的利用率显著降低。

3. 多道批处理系统

工作模式： 多道程序交替地运行。

实现方式：
① 用户所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” 。
② 由作业调度程序按照一定的算法，从后备队列中选择若干个作业调入内存，使它们共享CPU和系统中的各种资源。
③ 在运行程序A时，可以利用其因 I/O 操作而暂停执行的CPU空档时间，再调度另一道程序B运行。

处理流程： 如图

优点： ① 资源利用率高 ② 系统吞吐量大

缺点：
① 平均周转时间长：由于作业要排队依次处理，所以作业在外存中等待时间较长（注：平均周转时间：作业从进入系统到运行结束并退出系统所经历的时间。）
② 无交互能力：把程序提交系统之后就不能再做修改。

4. 分时系统

推动分时系统发展的动力： ① 人机交互 ② 共享主机

在多道批处理系统中，用户无法与自己的作业进行交互的主要原因是：作业都驻留在外存上，即使以后被调入内存，也要经过较长时间的等待后才能被处理机运行（我的理解：但是只有在被处理机运行时才有可能处理用户的命令，就根本不能及时的交互）

实现方式：
（1）系统必须提供多个终端，供多个用户使用
（2）当用户键入命令时，系统应及时接收，及时处理，及时返回结果
（3）此后，用户根据系统返回的响应结果，继续键入下一条命令，此即人机交互

及时接收：
在系统中配置多路卡，实现分时复用（计算机网络中的知识）

及时处理：
前提：各个用户的作业都必须驻留在内存中，并能频繁地获得处理机运行。这样，用户键入的命令才能作用到自己的作业上。

于是，分时系统的运行方式 完全与批处理系统不同：
① 作业直接进入内存：因为在磁盘上的作业不能被运行。
② 采用轮转运行方式：为避免一个作业长期独占处理机，引入了时间片的概念。一个时间片，就是一段很短的时间（比如30ms）。系统规定每个作业每次只能运行一个时间片，然后就暂停该作业的运行，并立即调度下一个作业运行。（这样子“感觉起来”就像所有的作业在同时运行一样，用户输入一个命令，CPU几乎立即就运行到了相应的程序，于是可以立马处理，用户的请求在很短时间内就能获得相应）

分时系统的特征：
① 多路性：也就是多用户。
② 独立性：每个用户在各自的终端上进行操作，彼此之间互不干扰，给用户的感觉就像是一个人独占了一台计算机。
③ 及时性：用户的请求在很短时间内获得响应。
④ 交互性：交互性是指用户可以通过终端与系统进行广泛的人机对话（比如文件编辑、数据处理等等）。

5. 实时系统

定义： 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。

工作模式： 系统的正确性，不仅由计算的逻辑结果来确定，而且还取决于产生结果的时间。

关键特征： 将时间作为关键参数，它必须对所接收到的某些信号做出“及时”或“实时”的反应。

几种类型： ① 工业（武器）控制系统 ② 信息查询系统 ③ 多媒体系统 ④ 嵌入式系统