作業系統——1作業系統概論（上）

——2018.11.26

一、作業系統的概念和地位

1. 什麼是作業系統？
   1. 有效地控制和管理計算機軟硬體資源，合理地組織計算機工作流程，以提高資源利用率，併為使用者提供強有力的使用功能和靈活方便的使用環境的程式集合。
2. 兩個觀點
   1. 自頂向下：把作業系統視為虛擬機器，使用者使用的不是作為硬裝置的機器，而是OS所提供的介面。
   2. 自下往上：OS是資源的管理者。
3. 作業系統的地位
   1. 緊貼系統硬體之上，所有其他軟體之下。（是其他軟體的共同環境）

二、作業系統的目標與作用

1. 作業系統的目標
   1. 有效性：指標——系統資源利用率、系統吞吐量
   2. 方便性：應該使計算機更加容易使用
   3. 可擴充性：適應發展需求
   4. 開放性：對於國際標準的相容性
2. 作業系統的作用
   1. OS作為使用者與計算機硬體系統之間的介面。作業系統可以通過以下三種方式把它的服務和功能提供給使用者：
      1. 命令方式
      2. 系統呼叫方式
      3. 圖形視窗方式
   2. OS作為計算機資源的管理者
      1. 處理機管理：分配和控制處理機（CPU）
      2. 儲存器管理：負責記憶體的分配與回收
      3. 裝置管理：I/O裝置的分配與操縱
      4. 檔案管理：檔案的存取、共享和保護

三、作業系統的發展過程

1. 手工操作階段
   1. 計算機系統上沒有配置作業系統，程式設計師直接與計算機硬體互動，人工控制程式的裝入和執行。
2. 單道批處理系統
   1. 記憶體中始終始終只保持一道作業的批處理系統稱為單道批處理系統。
   2. 特徵：
      1. 自動性
      2. 順序性
      3. 單道性
   3. 缺點：單道批處理系統中記憶體僅一道程式，系統資源無法得到充分利用。
3. 多道批處理系統
   1. 將多個作業存放在主記憶體中，使它們同時處於執行狀態。這些作業共享處理機時間和外圍裝置以及其他資源。
   2. 從巨集觀上看，多道程式都處於執行過程中，但都未執行完成；從微觀上看，各道程式輪流佔用CPU，交替地執行。
   3. 特徵：
      1. 多道性：計算機記憶體中同時存放幾道相互獨立的程式
      2. 無序性：進入順序與完成順序無嚴格對應關係
      3. 排程性：作業從提交到完成經歷兩級排程：作業排程、程式排程
   4. 優點：提高CPU利用率；提高記憶體和裝置利用率；增加系統吞吐量
4. 分時系統
   1. 分時技術：把處理機的執行時間分成很短的時間片，按時間片輪流把處理機分配給各聯機作業使用。
   2. 分時系統：一臺主機與許多終端連線，同時允許多個使用者共享主機中的資源，每個使用者在各自的終端上以問答方式控制程式執行，系統把CPU時間劃分成時間片，輪流分配給各個聯機終端使用者。
   3. 特徵：
      1. 多路性
      2. 互動性
      3. 獨立性
      4. 及時性
5. 實時系統
   1. 在規定的時間範圍內完成對該事件的處理，並控制實時任務協調一致地執行。
   2. 分時系統VS實時系統
      1. 分時系統往往是通用系統，實時系統往往是專用系統
      2. 本質差別在於實時系統的及時性