定义

操作系统是一种复杂的 系统软件 ，是不同 程序代码 数据结构 数据初始化文件 的集合，可执行。

操作系统屏蔽硬件细节，提供 用户 与 计算机硬件 之间的 接口 ，使 应用程序 的开发变得简单高效。

目标：

• 与硬件部分相互作用
• 为应用程序提供执行环境

重要特点：支持 多任务 。

管理资源：

• 处理机管理（cpu）- 决定给哪个程序用
• 内存管理 - 给程序分配内存空间
• 设备管理 - 怎么分配设备，分配哪台设备，怎么和设备连接
• 文件管理 - 为文件分配空间，建立目录，在外存进行读写
• 网卡、带宽

发展

• 无操作系统（1946年）
• 单道批处理系统（20世纪50年代）
  • 内存中任意时刻只有一道作业，资源被独占
  • 特点：自动、顺序、单道性
  • 优点：减少了等待人工操作的时间
  • 缺点：资源利用不充分
• 多道批处理系统（20世纪60年代）
  • 由操作系统的 作业调度程序 按一定策略从 后备作业队列 中选择若干个作业调入内存，共享资源
  • 特点：无序、多道、调度、复杂性
  • 优点：提高资源利用率和系统吞吐量
  • 缺点：平均周转时间长，缺乏交互能力
• 分时操作系统
  • 允许 多个用户 通过终端机 同时使用 计算机，交互得到 快速响应
  • 特点：多路性、独立性、及时性、交互性
  • 优点：提供了 人机交互的方便性 ，共享主机
• 实时操作系统
  • 及时响应 外部请求，用于 实时控制 和 实时信息处理
  • 特点：多路性、独立性、及时性、交互性、可靠性

现代操作系统特征

支持多任务

• 并发：多个事件在同一时间间隔内发生
• 共享
• 虚拟：使每个用户感觉自己独占了资源
• 异步性：程序的运行结果、运行次序以及多次运行的时间都不确定

功能

管理资源

• 内存管理
  • 提高 内存利用率 ，从 逻辑上扩充内存 实现 虚拟内存
  • 内存分配：静态分配、动态分配
  • 内存保护：保护 内核空间 ，确保 用户程序 运行在 自己的内存空间 ，互不干扰
  • 地址映射：物理内存映射到逻辑内存
  • 内存扩充：虚拟技术，逻辑 扩充，提供比物理内存大的容量
• 进程管理：进程的描述与组织、控制、同步、通信和调度
• 设备管理：
  • 完成用户的 I/O请求 ，分配 I/O设备
  • 缓冲管理
  • 设备分配
  • 设备处理
  • 独立性和虚拟
• 文件管理：
  • 存储空间的管理：提高外存利用率，提高文件访问速度
  • 目录管理：建立目录项
  • 读写管理和存取控制：从外存读数据或数据写入外存

提供用户接口

• 命令接口：
  • 方便交互
  • 联机 用户接口：一组 键盘操作命令 和 命令解释程序
  • 脱机 用户接口：批处理用户接口
• 图形用户接口
• 程序接口：系统调用

体系结构

是一种 软件 的体系结构。

• 简单的监控程序模型：功能简陋，任意时刻只能运行一个任务
• 单体结构模型：所有的软件和数据结构都放置在一个逻辑模块中，对外提供统一内核界面（UNIX）
• 层次结构模型：分解为多个小的、容易理解的层
• C/S 模型和微内核结构：核心功能外移（Windows NT）
• 动态可扩展结构模型：运行时动态地实现系统行为扩展的结构

指令的执行

程序是指令的集合 ，程序的执行就是按照某种控制流执行指令的过程

• 指令周期
  • 一个 单一指令 需要的处理
  • 分为 取指周期 和 执行周期
• 程序计数器（PC）：保存下一次要取的指令的地址
• 指令寄存器（IR）：保存取到的指令

处理器解释指令并执行要求的动作：

• 处理器与存储器 之间的 指令或数据传送 操作
• 处理器与I/O设备 之间的 指令或数据传送 操作
• 算术运算 操作或 逻辑运算 操作
• 控制 操作，即 修改指令的执行顺序 的操作