1.1　操作系统的目标和作用

1.1.1操作系统的目标

1．有效性

　　在早期(20世纪50～60年代)，由于计算机系统非常昂贵，操作系统最重要的目标无疑是有效性。操作系统的有效性可包含如下两方面的含意：

(1)提高系统资源利用率。       (2) 提高系统的吞吐量。

2．方便性

　　配置OS后可使计算机系统更容易使用。

3．可扩充性

    随着计算机硬件和体系结构迅速发展，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。如微内核结构。

4．开放性

1.1.2操作系统的作用

1．OS作为用户与计算机硬件系统之间的接口

  OS是一个系统软件，因而这种接口是软件接口。图1-1是OS作为接口的示意图。由图可看出，用户可通过以下三种方式使用计算机。

                  图1-1OS作为接口的示意图

(1)命令方式。

   由OS提供了一组联机命令接口通过键盘输入有关命令来取得操作系统的服务。　

(2)系统调用方式。

   用户可在自己的应用程序中通过相应的系统调用，来取得OS的服务。

(3)图形、窗口方式。

   是当前使用最为方便、最为广泛的接口。

2．OS作为计算机系统资源的管理者

3．OS实现了对计算机资源的抽象

1.1.3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       2．方便用户      3．硬件的不断更新换代

 4．计算机体系结构的不断发展

1.2　操作系统的发展过程

1.2.1无操作系统的计算机系统  第一代计算机

1．人工操作方式  

   人工操作方式有以下两方面的缺点:

(1)用户独占全机。    (2)CPU等待人工操作。

从而导致两大矛盾：

1）人机矛盾         2)Cpu与I/O速度不匹配

2．Off-LineI/O方式

主要优点：

(1)减少了CPU的空闲时间，缓和了人机矛盾。   (2)提高了I/O速度。

1.2.2单道批处理系统  第二代计算机

1．单道批处理系统的处理过程

　　为了提高计算机系统利用率，通常是把一批作业以脱机方式输入到磁带上，并在系统中配上监督程序(Monitor)，在它的控制下使这批作业能一个接一个地连续处理。

2．单道批处理系统的特征

　　单道批处理系统是最早出现的一种OS，只能算作是OS的前身。

该系统的主要特征如下：

(1)单道性。内存中仅有一道程序运行。   (2)顺序性。磁带上的各作业是顺序进入内存。

  (3)自动性。在顺利情况下，在磁带上的一批作业能自动地逐个地依次运行，而无需人工干预。

1.2.3多道批处理系统  

三大基本操作系统类型之一

1．多道程序设计的基本概念

　引入多道程序设计技术可带来以下好处：

(1)提高CPU的利用率。    (2)可提高内存和I/O设备利用率。    (3)增加系统吞吐量。

2．多道批处理系统的优缺点

(1)提高系统资源利用率。 (2)系统吞吐量大。系统吞吐量是指系统在单位时间内所完成的总工作量。

(3)平均周转时间长。  作业的周转时间较长，通常需几个小时，甚至几天。

(4)无交互能力。  用户不能与自己的作业进行交互，修改和调试程序极不方便。

3．多道批处理系统需要解决的问题

(1)处理机管理问题。(2)内存管理问题。 (3)I/O设备管理问题。

  (4)文件管理问题。  (5)作业管理问题。

1.2.4分时系统  TSS(Time Sharing System)

1．分时系统的概述

分时系统能很好地将一台计算机提供给多个用户同时使用，提高计算机的利用率。常应用于查询系统中。例如：美国SABRE、CTSS。

2．分时系统实现中的关键问题

(1) 及时接收。配置多路卡和多个缓冲区。   (2) 及时处理。时间片轮转。

3．分时系统的特征

(1)多路性。    (2)独立性。     (3)及时性。     (4)交互性。

1.2.5实时系统   RTS(Real Time System)

　实时系统是指系统能及时(或即时)响应外部事件的请求，在规定的时间内完成对该事件的处理，并控制所有实时任务协调一致地运行。

1．应用需求

(1)实时控制。如火炮的自动控制系统、飞机的自动驾驶系统 

(2)实时信息处理。如飞机或火车的订票系统、情报检索系统等

2．实时任务

 1)按任务执行时是否呈现周期性来划分

(1)周期性实时任务。(2)非周期性实时任务。截止时间

 2)根据对截止时间的要求来划分

(1)硬实时任务：系统必须满足任务对截止时间的要求。

(2)软实时任务：对截至时间要求不太严格。

3．实时系统与分时系统特征的比较

(1)多路性。

  实时信息处理系统：也为多个终端用户服务，终端用户数量不定。（与分时系统相似）

  实时控制系统：对多个对象进行实时控制，终端用户数固定。

(2)独立性。

(3)及时性。

  分时系统：人所能接受的等待时间。

  实时信息处理系统：人所能接受的等待时间。

  实时控制系统：响应时间更短，毫秒、微秒。

(4)交互性。

  实时信息处理系统：仅限于访问系统中某些特定的专用服务程序。

  分时系统：向终端用户提供数据处理和资源共享等服务。

(5)可靠性。

此外：实时系统要求有多级等级机制。

1.2.6  微机操作系统的发展

  微机OS分类：

    按机器字长分：8、16、32、64位。

    按运行方式分：单用户单任务、单用户多任务、多用户多任务。

1．单用户单任务操作系统：CP/M、MS-DOS    2．单用户多任务操作系统:Windows系列

3．多用户多任务操作系统： UNIX

目前最有影响的两个能运行在微机上的UNIX操作系统的变型是Solaris OS和Linux OS。