第1章：操作系统简介

操作系统

1.1 课程概述

• 基本概念及原理
• 操作系统介绍
• 中断及系统调用
• 内存管理
• 进程及线程
• 调度
• 同步
• 文件系统
  
  • I/O子系统

预备知识

• 计算机结构原理（Intel 80386+）
• 数据结构
• C和汇编语言

1.2 什么是操作系统

• 用户角度上，操作系统是一个控制软件
  
  • 管理应用程序
  • 为应用程序提供服务
  • 杀死应用程序
• 对内部管理而言
  
  • 资源管理
  • 管理外设、分配资源

操作系统架层次结构

• 硬件之上，应用程序之下

• kernel－操作系统内部组件，包括：

  • CPU调度器
  • 物理内存管理
  • 虚拟内存管理
  • 文件系统管理
  • 中断处理与设备驱动

• OS kernel 的特征

  • 并发：一段时间内，有多个程序可以同时运行，需要OS管理和调度
    
    • 并行：一个时间点，（多个CPU）
  • 共享：分时访问，互斥共享
  • 虚拟：利用多道程序设计技术，让每个用户觉得有一个计算机为他服务
  • 异步：
    
    • 程序的执行不是一贯到底，而是走走停停，向前推进的速度不可预知
    • 但是只要运行环境相同，OS需要保证程序运行的结果相同。

1.3 为什么要学习操作系统

• 顶级会议
  
  • SOSP
  • OSENIX
• 实际操作系统
  
  • Windows代码量巨大，不可能完全掌握
  • 目标是要理解其核心内容
• 操作系统管理并发
• 操作系统代码管理原始硬件：时间依赖行为，非法行为，硬件故障。
• 操作系统代码必须是高效的：低耗CPU，内存，磁盘
• 操作系统出错，就意味着机器出错，OS必须比用户程序拥有更高的稳定性。
• OS是系统安全的基础

• 操作系统需要权衡：

  • 空间和时间
  • 性能和可预测性
  • 公平和性能

• 硬件方面，OS需要：

  • 良好的硬件管理
  • 合理的资源分配

1.4 操作系统的历史

• 早期计算机使用纸带传输程序和数据，OS只起到加载作用
• CPU等硬件快速发展，计算机速度得到提升，性能为得到充分利用，成批／离线处理
• 内存的容量越来越大，CPU执行多个程序，多道程序设计
• 为了更好的利用计算机资源，并且更好的和用户交互，出现了分时系统。分时调度
• 网络的快速发展，出现了分布式的OS。松、紧耦合系统