第1章 操作系统引论
1.1 复习笔记
一、操作系统的目标和作用
1. 操作系统的目标
在计算机系统上配置操作系统的主要目标是方便性、有效性、可扩充性和开放性。
（1） 方便性
配置操作系统（OS）后，系统可以使用编译命令将用户采用高级语言书写的程序翻译成机器代码，用户可以直接通过OS所提供的各种命令操纵计算机系统，使计算机变得易学易用。
（2） 有效性
① 提高系统资源利用率
早期未配置OS的计算机系统，各种资源无法得到充分利用，配置 OS后，能有效分配各种设备的工作状态，提高系统资源的利用率。
② 提高系统的吞吐量
OS可以通过合理地组织计算机的工作流程，加速程序的运行，缩短程序的运行周期，从而提高系统的吞吐量。
（3） 可扩充性
OS必须具有很好的可扩充性，才能适应计算机硬件、体系结构以及应用发展的要求。
（4） 开放性
开放性是指系统能遵循世界标准规范，特别是遵循开放系统互连 （OSI）国际标准。开放性是衡量一个新推出系统或软件能否被广泛应用的至关重要的因素。
2. 操作系统的作用
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。其主要作用是管理好这些设备，提高它们的利用率和系统的吞吐量，并为用户和应用程序提供一个简单的接口，便于用户使用。可以从以下几个方面讨论它的作用：
（1） OS作为用户与计算机硬件系统之间的接口
OS处于用户与计算机硬件系统之间，用户通过OS来使用计算机系统。图1-1是OS作为接口的示意图。
图1-1 OS作为接口的示意图
从图中可以看出，用户可以通过命令方式、系统调用方式和图标— 窗口方式来实现与操作系统的通信，并取得它的服务。
（2） OS作为计算机系统资源的管理者
① 管理处理器，用于分配和控制处理器；
② 管理存储器，主要负责内存的分配与回收； ③ 管理I/O设备，负责I/O设备的分配与操纵； ④ 管理文件，负责文件的存取、共享和保护。
注意：当一台计算机系统同时供多个用户使用时，则用户对系统中共享资源的需求有可能发生冲突，因此，操作系统必须对使用资源的请求进行授权，已协调用户对共享资源的使用。
（3） OS实现了对计算机资源的抽象
① 在裸机上覆盖上一层I／O设备管理软件，如图1-2所示，由它来实现对I／O设备操作的细节，并向上将I／O设备抽象为一组数据结构以及一组I／O操作命令。
图1-2 I／O软件隐藏了I／O操作实现的细节
② 在第一层软件（I／O管理软件）上再覆盖一层用于文件管理的软件，由它来实现对文件操作的细节，并向上层提供一组实现对文件进行存取操作的数据结构及命令。文件管理软件实现了对硬件资源操作的第二个层次的抽象。
③ 依此类推，如果在文件管理软件上再覆盖一层面向用户的窗口软件，则用户便可在窗口环境下方便地使用计算机，从而形成一台功能更强的虚机器。
OS是铺设在计算机硬件上的多层软件的集合，它们不仅增强了系统的功能，还隐藏了对硬件操作的具体细节，实现了对计算机硬件操作的多个层次的抽象模型。并且随着抽象层次的提高，抽象接口所提供的功能就越强，用户使用起来越方便。
3. 推动操作系统发展的主要动力 （1） 不断提高计算机资源的利用率
在计算机发展初期，计算机系统特别昂贵，因此，必须千方百计地提高计算机各种资源的利用率，这是OS最初发展的推动力。
（2） 方便用户
当资源利用率不高的问题得到基本解决后，用户在上机、调试程序时的不方便性又成为了继续推动OS发展的主要因素。
（3） 器件的不断更新换代
随着微机芯片的不断更新换代，使得计算机的性能快速提高，从而推动了OS功能和性能的迅速增强和提高。
（4） 计算机体系结构的不断发展
计算机体系结构的发展，不断推动着OS的发展，也促进了新的OS 类型的产生。
（5） 不断提出新的应用需求
不断提出的新的应用需求是推动OS迅速发展的另一个重要原因。
二、操作系统的发展过程
1. 未配置操作系统的计算机系统
从1945年诞生的第一台计算机，到50年代中期的计算机，都属于第一代计算机，这时还未出现OS，对计算机的全部操作都是采用以下两种方式进行的：
（1） 人工操作方式
① 概述
早期的操作方式是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。
② 缺点
人工操作方式仅当程序运行完毕并取走计算结果后，才允许下一个用户上级，它具有以下两方面的缺点：
a. 用户独占全机，即一台计算机的全部资源由上机用户所独占。 b. CPU等待人工操作。当用户进行装带（卡）、卸带（卡）等人
工操作时，CPU及内存等资源是空闲的。
③ 人机矛盾
人机矛盾指的是人工操作方式严重降低了计算机资源的利用率。
（2） 脱机输入/输出（Offline I／O）方式
① 概述
为了解决人机矛盾及CPU和I／O设备之间速度不匹配的矛盾，20世纪50年代末出现了脱机I／O技术。在脱机I/O过程中，程序和数据的输
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