引言
大多数读者都会 Windows、Linux、FreeBSD或OS X 等某个操作系统有些体验，但是表面现象是会骗人的。用户与之交互的程序，基于文本的通常是 shell，基于图标的则称为：图形化用户界面，实际上他们并不是操作系统的一部分，尽管这些程序使用操作系统来完成工作。
1.1操作系统的目标和作用
1.1.1操作系统的目标
在计算机系统上配置操作系统，其主要目标是：方便性、有效性、可扩充性和开放性。
1.1.2 操作系统的作用
操作系统在计算机系统中起的作用，可以从：用户、资源管理以及资源抽象等多个不同的角度来进行分析和讨论。
1.方便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。换个活法可以说：用户在OS的帮助下能够方便、快捷、可靠地操纵计算机硬件和运行自己的程序图1-1是OS作为接口的示意图。
由图1-1 我们可以看出，用户一共有三种方式来使用计算机：命令方式、系统调用和图表——窗口方式来实现与操作系统的通信，并取得它的服务。
2.方便OS作为计算机系统资源的管理者
一个计算机系统通常都含有多种硬件和软件资源。归纳起来可以将这些资源分为四类：处理机、存储器、I/O设备、文件（数据和程序），而OS的主要功能也正是对着四类资源进行有效的管理。
处理机管理：用于分配和控制处理机。
存储器管理：主要负责内存的分配与回收
I/O设备管理：负责I/O 设备的分配（回收）与操纵
文件管理：用于实现对文件的存取、共享和保护。
可见，OS的确是计算机系统资源的管理者。
当一台计算机系统同时供多个用户使用时，诸多用户对系统中共享资源的需求（包括数量和事件）有可能发生冲突。为此，操作系统必须对使用资源的请求进行授权，一协调诸多用户对共享资源的使用。
3.OS实现了对计算机资源的使用
对于一台完全没有软件的计算机系统（也就是裸机），因为它向用户提供仅仅是硬件接口，因此，用户必须对物理接口的实现细节有充分的了解，这一步导致了物理机难于广泛使用。
为了方便用户使用 I/O 设备，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（图1-2）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，如 read、write命令。
通常把覆盖了上述软件的机器称为扩充机器或者虚机器。它向用户提供了一个对硬件操作的抽象模型。用户可利用该模型提供的接口使用计算机，不需要去了解物理接口实现的细节，从而使用户更容易地使用计算机硬件资源。---->I/O设备管理软件实现了对计算机硬件操作的第一个层次的抽象。
同理，为了方便用户使用文件系统，又可以在 I/O 设备管理软件上在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。这样，用户可以利用该软件提供的数据结构及命令对文件进行存取。---->那么 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。
如果，我们再在文件管理软件上在覆盖一层面向用户的窗口软件，使得用户能够在窗口环境下方便的使用计算机，从而形成一台功能更强的虚机器。
由此可知，OS是铺设在计算机硬件上的多层软件的集合，他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。值得说明的是，不仅可在底层对一个硬件资源加以抽象，还可以在高层对该资源底层已抽象的模型再次进行抽象，称为更高层的抽象模型。随着抽象层次的提高，抽象接口所提供的功能就越强，用户使用起来也就越方便。
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利用率 2. 方便用户 3. 器件的不断更新换代 4. 计算机体系结构的不断发展 5. 不断提出新的应用需求
1.2 操作系统的发展过程
1. 人工操作方式 两个缺点： （1）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。 （2）CPU等待人工操作。当用户进行装带、卸带等人工操作时，CPU及内存等资源是空闲的。 人工操作方式严重降低了计算机资源的利用率，这就是人机矛盾。 虽然CPU的速度在不断提高，但是 I/O设备的速度却提高缓慢，这使得 CPU 与 I/O 设备之间速度不匹配的矛盾更加突出。 为此，曾先后出现了如：通道基础、缓冲技术，然而都未能很好地解决上所述矛盾，直至后来引入脱机输入/输出技术，才获得了相对较为满意的结果。 2. 脱机输入/输出方式 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。 该技术是事先将装有用户程序和数据的纸带装入纸带输入机，在一台外围机的控制下，把纸带(卡片)上的数据(程序)输入到磁带上。 当CPU需要这些程序和数据时，再从磁带上高速地调入内存。 类似地，当CPU需要输出时，可先由CPU把数据直接从内存高速地输送到磁带上，然后在另一台外围机的控制下，再将磁带上的结果通过相应的输出设备输出。 图1-3示出了脱机输入/输出过程。由于程序和数据的输 入和输出都是在外围机的控制下完成的，或者说，它们是在脱离主机的情况下进行的，故称为脱机输入/输出方式。 反之，把在主机的直接控制下进行输入/输出的方式称为联机输入/输出(On-Line I/O)方式。
主要优点： （1）减少了CPU的空闲时间。装带，卸带，以及将数据从低速 I/O设备送到高速磁带上的操作。 都是在脱机情况下由外围机完成的，并不占用主机时间，从而有效地减少 CPU的空闲时间。 （2）提高了 I/O 速度。当CPU在运行中需要输入数据时，是直接从高速的磁带上将数据输入到内的。 极大的提高了 I/O 速度，从而进一步减少了 CPU的空闲时间。
1.2.2单道批处理系统
- 单道批处理系统的处理过程：
首先由监督程序将磁带上的第一个作业装入内存，并把运行控制权交给该作业;当该作业处理完成时，又把控制权交还给监督程序，再由监督程序把磁带上的第二个作业调入内存。计算机系统就这样自动地一个作业紧接一个作业地进行处理，直至磁带上的所有作业全部完成，这样便形成了早期的批处理系统。虽然系统对作业的处理是成批进行的，但在内存中始终只保持一道作业，故称为单道批处理系统。图1-4示出了单道批处理系统的处理流程。
由删除不难看出，单道批处理系统是在==解决人际矛盾和 CPU与 I/O 设备速度不匹配矛盾的过程中形成的。换言之，批处理系统旨在提高系统资源的利用率和系统吞吐量。单这种单道批处理系统仍然不能充分地利用系统资源，所以目前已经用的很少了。
单道批处理系统的缺点
单道批处理系统最主要的缺点是，系统中的资源得不到充分的利用。这是因为在内存中仅有一道程序，每逢该程序在运行中发出I/O请求后，CPU便处于等待状态，必须在其
I/O完成后才继续运行。又因I/O设备的低速性，更使CPU的利用率显著降低。图1-5示
出了单道程序的运行情况，从图可以看出:在t2——》t3、t6——》t7时间间隔内CPU空闲。
为了能在系统中运行较大的作业，通常在计算机中都配置了较大容量的内存，但实际情况是有80%以上的作业都属于中小型，因此在单道程序环境下，也必定造成内存的浪费。类似地，为了满足各种类型的作业需要，在系统中将会配置多种类型的I/O设备。显然在单道程序环境下也不能充分利用系统资源。
1.2.3 多道批处理系统
多道程序设计的基本概念
为了进一步提高资源的利用率和系统吞吐量在该系统中，用户所提交的作业先存放在外存上，并排成一个队列，该队列称为后背队列，然后由作业调度程序按一定的算法，从后背队列中选择若干个作业调入内存，使他们共享CPU和系统中的各种资源。
由于同时在内存中装有若干道程序,这样便可以在运行程序A时,利用其因I/O操作而暂停执行时的CPU空档时间，再调度另一道程序B运行，同样可以利用程序B在I/O操作时的CPU空档时间，再调度程字C运行，使多道程序交替地运行，这样便可以保持CPU处于忙碌状态。图1-6示出了四道程序时的运行情况。
2. 多道批处理系统的优缺点
(1)资源利用率高。引入多道批处理能使多道程序交替运行，以保持CPU处于忙碌状态;在内存中装入多道程序可提高内存的利用率;此外还可以提高IO设备的利用率。
(2)系统吞吐量大。能提高系统吞吐量的主要原因可归结为:
①CPU和其它资源保持“忙碌”状态;
②仅当作业完成时或运行不下去时才进行切换，系统开销小。
(3)平均周转时间长。由于作业要排队依次进行处理，因而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。用户一旦把作业提交给系统后，直至作业完成，用户都不能与自己的作业进行交互，使得修改和调试程序极不方便。
多道批处理系统需要解决的问题
(1)处理机争用问题。既要能满足各道程序运行的需要，又要能提高处理机的利用率。
(2)内存分配和保护问题。系统应能为每道程序分配必要的内存空间，使它们“各得其所”，且不会因某道程序出现异常情况而破坏其它程序。
(3) I/O 设备分配问题。系统应采取适当的策略来分配系统中的I/O设备，以达到既能方便用户对设备的使用，又能提高设备利用率的目的。
(4)文件的组织和管理问题。系统应能有效地组织存放在系统中的大量的程序和数据，使它们既便于用户使用，又能保证数据的安全性。
(5)作业管理问题。系统中存在着各种作业(应用程序)，系统应能对系统中所有的作业进行合理的组织，以满足这些作业用户的不同要求。
(6)用户与系统的接口问题。为使用户能方便的使用操作系统，OS还应提供用户与OS之间的接口。
为此，应在计算机系统中增加一组软件，用以对上述问题进行妥善、有效的处理。这组软件应包括:能有效地组织和管理四大资源的软件、合理地对各类作业进行调度和控制它们运行的软件，以及方便用户使用计算机的软件。正是这样一组软件构成了操作系统。
据此，我们可以把操作系统定义为：操作系统是一组能有效地组织和管理计算机硬件和软件资源，合理地对各类作业进行调度，以及方便用户使用的程序的集合。
===第一章操作系统引论======(2)https://developer.aliyun.com/article/1415704?spm=a2c6h.13148508.setting.22.6e1a4f0eQzpjQW
