第二章 操作系統(tǒng)
軟件是為了使用戶使用并充分發(fā)揮計算機性能和效率的各種程序和數(shù)據(jù)的統(tǒng)稱。
軟件又分為系統(tǒng)軟件和應用軟件。
系統(tǒng)軟件是所有用戶使用的為了解決用戶使用計算機而編制的程序。
應用軟件是為解決某特定的問題而編制的程序。
操作系統(tǒng)是硬件與所有其他軟件之間的接口，而且是整個計算機系統(tǒng)的控制和管理中心。
操作系統(tǒng)兩個重要作用：
1．管理系統(tǒng)中各種資源。
所有硬件部分稱為硬件資源。而程序和數(shù)據(jù)等信息成為軟件資源。
2 為用戶提供良好的界面。
操作系統(tǒng)的特征：
1 并發(fā)性。
是在計算機系統(tǒng)中同時存在多個程序，宏觀上看，這些程序是同時向前推進的。
在單CPU上，這些并發(fā)執(zhí)行的程序是交替在CPU上運行的。
程序并發(fā)性體現(xiàn)在兩個方面：
用戶程序與用戶程序之間的并發(fā)執(zhí)行。
用戶程序與操作系統(tǒng)程序之間的并發(fā)。
2 共享性。
資源共享是操作系統(tǒng)程序和多個用戶程序共用系統(tǒng)中的資源。
3 隨機性。
隨機性指：操作系統(tǒng)的運行是在一個隨機的環(huán)境中，一個設備可能在任何時間向處理機發(fā)出中斷請求，系統(tǒng)無
法知道運行著的程序會在什么時候做什么事情。
沒有任何軟件支持的計算機稱為*機。
操作系統(tǒng)是硬件的第一層軟件擴充。
操作系統(tǒng)的功能：
1 進程管理：主要是對處理機進行處理。
隨著系統(tǒng)對處理機管理方法不同，其提供的作業(yè)處理方式也不同，例如有批處理方式，分時方式和實時方式。
2 存儲管理：主要是管理內存資源。
當內存不夠的時候，解決內存擴充問題，就是內存和外存結合起來的管理，為用戶提供一個容量比實際內存大
的多的虛擬存儲器，這是操作系統(tǒng)的存儲功能的重要任務。
3 文件管理。系統(tǒng)中的信息資源是以文件的形式存放在外存儲器上的。
4 設備管理。設備管理是計算機系統(tǒng)中除了CPU和內存外的所有輸入，輸出設備的管理。
5 用戶和操作系統(tǒng)的接口。
操作系統(tǒng)的分類：
1 批處理操作系統(tǒng)。
兩個特點：一是多道，一是成批。多道是系統(tǒng)內同時容納多個作業(yè)，這些作業(yè)存放在外存中 ，組成一個后備作
業(yè)序列，系統(tǒng)按一定的調度原則每次從后備作業(yè)中選取一個或多個作業(yè)放入內存中運行，運行作業(yè)結束并退出
運行和后備作業(yè)進行運行均由系統(tǒng)自動實現(xiàn)，從而在系統(tǒng)中形成一個自動轉接的連續(xù)的作業(yè)流。而成批是系統(tǒng)
運行中不允許用戶和他的作業(yè)發(fā)生交互關系。
批處理系統(tǒng)追求的目標是提高系統(tǒng)資源利用率和大作業(yè)吞吐量以及作業(yè)流程的自動化。
2 分時系統(tǒng)。
分時系統(tǒng)允許多個用戶同時連機使用計算機。
操作系統(tǒng)采用時間片輪轉的方式處理每個用戶的服務請求。
特點：
多路性。
交互性。又叫交互操作系統(tǒng)。
獨立性。
及時性。分時系統(tǒng)性能的主要指標之一的是響應時間，是從終端發(fā)出命令到系統(tǒng)與應答的時間。
通常計算機系統(tǒng)采用批處理和分時處理方式來為用戶服務。時間要求不強的作業(yè)放入后臺批處理處理，需要頻
繁交互的作業(yè)在前臺分時處理。
3 實時系統(tǒng)。
系統(tǒng)能夠及時響應隨機發(fā)生的外部事件，并在嚴格的時間范圍內完成對該事件的處理。實時系統(tǒng)作為一個特定
應用中的控制設備來使用。
分為兩類：
1． 時控制系統(tǒng)。
2． 時信息處理系統(tǒng)。
特點：及時響應和高可靠性。
4 個人計算機操作系統(tǒng)。
個人計算機操作系統(tǒng)是一個聯(lián)機交互的單用戶操作系統(tǒng)，它提供的聯(lián)機交互功能與分時系統(tǒng)所提供的功能很相
似。
5 網(wǎng)絡操作系統(tǒng)。
計算機網(wǎng)絡是通過通信設施將地理上分散的具有自治功能的多個計算機系統(tǒng)互連起來，實現(xiàn)信息交換，資源共
享，互操作和協(xié)作處理的系統(tǒng)。網(wǎng)絡操作系統(tǒng)就是在原來的各自計算機系統(tǒng)操作上，按照網(wǎng)絡體系結構的各個
協(xié)議標準進行開發(fā)，使之包括網(wǎng)絡管理，通信，資源共享，系統(tǒng)安全和多種網(wǎng)絡應用服務的操作系統(tǒng)。
6 分布式操作系統(tǒng)。
從資源管理觀點：
把操作系統(tǒng)分為處理機管理，存儲管理，設備管理，文件管理，用戶與操作系統(tǒng)的接口等5個主要部分。
虛機器觀點。
用戶不再直接使用硬件機器，而是通過操作系統(tǒng)來控制和使用計算機，從而把計算機擴充為功能更強，使用更
加方便的計算機系統(tǒng)。操作系統(tǒng)的全部功能，稱為操作系統(tǒng)虛機器。
操作系統(tǒng)所涉及的硬件環(huán)境：
2 特權指令與處理機狀態(tài)。
特權指令和非特權指令。
特權指令是只允許操作系統(tǒng)使用，而不允許一般用戶使用的指令。
非特權指令之處的指令稱為非特權指令，非特權指令的執(zhí)行不影響其他用戶以及系統(tǒng)。
3 CPU狀態(tài)。
CPU交替執(zhí)行操作系統(tǒng)程序和用戶程序。
CPU的狀態(tài)屬于程序狀態(tài)字PSW的一位。大多數(shù)計算機系統(tǒng)將CPU執(zhí)行狀態(tài)分為管態(tài)和目態(tài)。
管態(tài)又叫特權態(tài)，系統(tǒng)態(tài)或核心態(tài)。CPU在管態(tài)下可以執(zhí)行指令系統(tǒng)的全集。通常，操作系統(tǒng)在管態(tài)下運行。
目態(tài)又叫常態(tài)或用戶態(tài)。機器處于目態(tài)時，程序只能執(zhí)行非特權指令。用戶程序只能在目態(tài)下運行，如果用戶
程序在目態(tài)下執(zhí)行特權指令，硬件將發(fā)生中斷，由操作系統(tǒng)獲得控制，特權指令執(zhí)行被禁止，這樣可以防止用
戶程序有意或無意的破壞系統(tǒng)。
從目態(tài)轉換為管態(tài)的途徑是中斷。
從管態(tài)到目態(tài)可以通過修改程序狀態(tài)字來實現(xiàn)，這將伴隨這由操作系統(tǒng)程序到用戶程序的轉換。
軟件是為了使用戶使用并充分發(fā)揮計算機性能和效率的各種程序和數(shù)據(jù)的統(tǒng)稱。
軟件又分為系統(tǒng)軟件和應用軟件。
系統(tǒng)軟件是所有用戶使用的為了解決用戶使用計算機而編制的程序。
應用軟件是為解決某特定的問題而編制的程序。
操作系統(tǒng)是硬件與所有其他軟件之間的接口，而且是整個計算機系統(tǒng)的控制和管理中心。
操作系統(tǒng)兩個重要作用：
1．管理系統(tǒng)中各種資源。
所有硬件部分稱為硬件資源。而程序和數(shù)據(jù)等信息成為軟件資源。
2 為用戶提供良好的界面。
操作系統(tǒng)的特征：
1 并發(fā)性。
是在計算機系統(tǒng)中同時存在多個程序，宏觀上看，這些程序是同時向前推進的。
在單CPU上，這些并發(fā)執(zhí)行的程序是交替在CPU上運行的。
程序并發(fā)性體現(xiàn)在兩個方面：
用戶程序與用戶程序之間的并發(fā)執(zhí)行。
用戶程序與操作系統(tǒng)程序之間的并發(fā)。
2 共享性。
資源共享是操作系統(tǒng)程序和多個用戶程序共用系統(tǒng)中的資源。
3 隨機性。
隨機性指：操作系統(tǒng)的運行是在一個隨機的環(huán)境中，一個設備可能在任何時間向處理機發(fā)出中斷請求，系統(tǒng)無
法知道運行著的程序會在什么時候做什么事情。
沒有任何軟件支持的計算機稱為*機。
操作系統(tǒng)是硬件的第一層軟件擴充。
操作系統(tǒng)的功能：
1 進程管理：主要是對處理機進行處理。
隨著系統(tǒng)對處理機管理方法不同，其提供的作業(yè)處理方式也不同，例如有批處理方式，分時方式和實時方式。
2 存儲管理：主要是管理內存資源。
當內存不夠的時候，解決內存擴充問題，就是內存和外存結合起來的管理，為用戶提供一個容量比實際內存大
的多的虛擬存儲器，這是操作系統(tǒng)的存儲功能的重要任務。
3 文件管理。系統(tǒng)中的信息資源是以文件的形式存放在外存儲器上的。
4 設備管理。設備管理是計算機系統(tǒng)中除了CPU和內存外的所有輸入，輸出設備的管理。
5 用戶和操作系統(tǒng)的接口。
操作系統(tǒng)的分類：
1 批處理操作系統(tǒng)。
兩個特點：一是多道，一是成批。多道是系統(tǒng)內同時容納多個作業(yè)，這些作業(yè)存放在外存中 ，組成一個后備作
業(yè)序列，系統(tǒng)按一定的調度原則每次從后備作業(yè)中選取一個或多個作業(yè)放入內存中運行，運行作業(yè)結束并退出
運行和后備作業(yè)進行運行均由系統(tǒng)自動實現(xiàn)，從而在系統(tǒng)中形成一個自動轉接的連續(xù)的作業(yè)流。而成批是系統(tǒng)
運行中不允許用戶和他的作業(yè)發(fā)生交互關系。
批處理系統(tǒng)追求的目標是提高系統(tǒng)資源利用率和大作業(yè)吞吐量以及作業(yè)流程的自動化。
2 分時系統(tǒng)。
分時系統(tǒng)允許多個用戶同時連機使用計算機。
操作系統(tǒng)采用時間片輪轉的方式處理每個用戶的服務請求。
特點：
多路性。
交互性。又叫交互操作系統(tǒng)。
獨立性。
及時性。分時系統(tǒng)性能的主要指標之一的是響應時間，是從終端發(fā)出命令到系統(tǒng)與應答的時間。
通常計算機系統(tǒng)采用批處理和分時處理方式來為用戶服務。時間要求不強的作業(yè)放入后臺批處理處理，需要頻
繁交互的作業(yè)在前臺分時處理。
3 實時系統(tǒng)。
系統(tǒng)能夠及時響應隨機發(fā)生的外部事件，并在嚴格的時間范圍內完成對該事件的處理。實時系統(tǒng)作為一個特定
應用中的控制設備來使用。
分為兩類：
1． 時控制系統(tǒng)。
2． 時信息處理系統(tǒng)。
特點：及時響應和高可靠性。
4 個人計算機操作系統(tǒng)。
個人計算機操作系統(tǒng)是一個聯(lián)機交互的單用戶操作系統(tǒng)，它提供的聯(lián)機交互功能與分時系統(tǒng)所提供的功能很相
似。
5 網(wǎng)絡操作系統(tǒng)。
計算機網(wǎng)絡是通過通信設施將地理上分散的具有自治功能的多個計算機系統(tǒng)互連起來，實現(xiàn)信息交換，資源共
享，互操作和協(xié)作處理的系統(tǒng)。網(wǎng)絡操作系統(tǒng)就是在原來的各自計算機系統(tǒng)操作上，按照網(wǎng)絡體系結構的各個
協(xié)議標準進行開發(fā)，使之包括網(wǎng)絡管理，通信，資源共享，系統(tǒng)安全和多種網(wǎng)絡應用服務的操作系統(tǒng)。
6 分布式操作系統(tǒng)。
從資源管理觀點：
把操作系統(tǒng)分為處理機管理，存儲管理，設備管理，文件管理，用戶與操作系統(tǒng)的接口等5個主要部分。
虛機器觀點。
用戶不再直接使用硬件機器，而是通過操作系統(tǒng)來控制和使用計算機，從而把計算機擴充為功能更強，使用更
加方便的計算機系統(tǒng)。操作系統(tǒng)的全部功能，稱為操作系統(tǒng)虛機器。
操作系統(tǒng)所涉及的硬件環(huán)境：
2 特權指令與處理機狀態(tài)。
特權指令和非特權指令。
特權指令是只允許操作系統(tǒng)使用，而不允許一般用戶使用的指令。
非特權指令之處的指令稱為非特權指令，非特權指令的執(zhí)行不影響其他用戶以及系統(tǒng)。
3 CPU狀態(tài)。
CPU交替執(zhí)行操作系統(tǒng)程序和用戶程序。
CPU的狀態(tài)屬于程序狀態(tài)字PSW的一位。大多數(shù)計算機系統(tǒng)將CPU執(zhí)行狀態(tài)分為管態(tài)和目態(tài)。
管態(tài)又叫特權態(tài)，系統(tǒng)態(tài)或核心態(tài)。CPU在管態(tài)下可以執(zhí)行指令系統(tǒng)的全集。通常，操作系統(tǒng)在管態(tài)下運行。
目態(tài)又叫常態(tài)或用戶態(tài)。機器處于目態(tài)時，程序只能執(zhí)行非特權指令。用戶程序只能在目態(tài)下運行，如果用戶
程序在目態(tài)下執(zhí)行特權指令，硬件將發(fā)生中斷，由操作系統(tǒng)獲得控制，特權指令執(zhí)行被禁止，這樣可以防止用
戶程序有意或無意的破壞系統(tǒng)。
從目態(tài)轉換為管態(tài)的途徑是中斷。
從管態(tài)到目態(tài)可以通過修改程序狀態(tài)字來實現(xiàn)，這將伴隨這由操作系統(tǒng)程序到用戶程序的轉換。