操作系统基础
操作系统概念
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
操作系统的目标
1. 方便性：直接跟计算机硬件（“裸机”）交互是很难使用的
2. 有效性 ：提高系统资源的利用率（譬如cpu，不能经常空闲）
3. 可扩充性 ：方便的增添新的功能和模块，修改原有模块
4. 开放性：遵循国际标准，硬件软件的兼容互联
操作系统的作用
1、OS作为计算机系统资源的管理者
在一个计算机系统中，通常都含有多种硬件和软件资源。
归纳起来可将这些资源分为四类：处理机、存储器、I/O设备以及文件(数据和程序)。
相应地，OS的主要功能也正是对这四类资源进行有效的管理：
• CPU管理是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设备管理是负责I/O设备的分配(回收)与操纵；
• 文件管理是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。
2、OS实现了对计算机资源的抽象
对于一台完全无软件的计算机系统(即裸机)，由于它向用户提供的仅是硬件接口(物理接口)，
因此，用户必须对物理接口的实现细节有充分的了解，这就致使该物理机器难于广泛使用。
为了方便用户使用I/O设备，人们在裸机上覆盖上一层I/O设备管理软件，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，如read和write命令，
这样用户即可利用这些数据结构及操作命令来进行数据输入或输出，而无需关心I/O是如何具体实现的。
3、OS作为用户与计算机硬件系统之间的接口
OS作为用户与计算机硬件系统之间接口的含义是：
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。
或者说，用户在OS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。
操作系统的类型
- 大型机操作系统
- 服务器操作系统
- 多处理器操作系统
- 个人计算机操作系统
- 掌上计算机操作系统
- 嵌入式操作系统
- 传感器节点操作系统
- 实时操作系统
- 智能卡操作系统
操作系统启动过程
- 先读内存固化区BIOS，它负责检查硬件然后读入引导扇区
- 引导扇区负责把setup和system模块读入内存，并打印开机logo
- setup读取硬件参数，把system模块（OS代码）移到0地址处，并从实模式变为保护模式
- 正式开始执行OS代码，首先执行head.s进行一系列初始化操作
- 初始化完成，启动完成
发展历程
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（晶体管->集成电路芯片8位、16位、32位、64位）
4. 计算机体系结构的不断发展（单处理器->多处理器）
5. 不断提出新的应用需求（工业控制硬实时、多媒体、掌上、智能家居等）
单道批处理程序
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。如下图：在t2～t3、t6～t7时间间隔内CPU空闲。
多道批处理系统
多道批处理系统的优缺点如下：
(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I/O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：① CPU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，修改和调试程序极不方便。
多道批处理系统是一种十分有效，但又非常复杂的系统，为使系统中
的多道程序间能协调地运行，系统必须解决下述一系列问题：
(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。
分时系统的特征
分时系统与多道批处理系统相比，具有非常明显的不同特性，可以归纳成以下四个方面：
(1) 多路性。
(2) 独立性。
(3) 及时性。
(4) 交互性
IBM推出PC后， 自然要给这个机器配一个操作系统，自此开始百花齐放，多线发展
Bill Gates进入历史舞台...
MS-DOS的磁盘、文件、命令 让用方便，但似乎可以更方便
1984年，苹果推出PC(麦金塔机，Macintosh)， 简称Mac机，其处理器使用IBM、Intel或AMD等，核心在于屏幕、能耗等
CP/M -> QDOS -> MS-DOS -> WindowsUnix -> System -> Mac OS -> iOS
