【操作系统期末速成】操作系统概述（定义|功能|特征）|发展阶段和分类|结构设计|概念补充

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前言：

最近在备战期末考试，所以本专栏主要是为了备战期末操作系统这门考试，讲的比较浅显，但是都是期末常考的考点和题型，仅限于“期末不挂”的层面

一、操作系统的概念

1.操作系统的定义

(1)控制和管理整个计算机系统的硬件和软件资源

(2)合理地组织调度计算机的工作和资源分配

(3)提供给用户和其他软件方便的接口和环境

(4)计算机系统中最基本的系统软件

一句话：操作系统是架在用户和底层硬件的桥梁

生活中常见的操作系统：Windows、MacOs、Linux、安卓

2.操作系统功能

（1）处理器：用于分配和控制处理器

（2）存储器：负责内存的分配与回收

（3）I/O设备：负责I/O设备的分配与操纵

（4）文件管理：负责文件的存取，共享和保护

3.操作系统的特征

常考选择

（1）并发

两个或多个事件在同一时间间隔内发生，这些事件宏观上是同时发生，微观上是交替发生，操作系统的并发性指计算机系统中同时存在着多个运行的程序

（2）并行

两个或多个事件在同一时刻同时发生

（3）共享

资源共享，是指系统中的资源可供内存中多个并发执行的进程共同使用

两种共享方式 互斥共享方式和同时共享方式

互斥共享方式

互斥共享是指当资源被一个进程A占用时，其他想用使用该资源的进程B就只能等待，只有进程A使用完该资源后，进程B才能够使用该资源，这种共享方式就叫做互斥式共享，把这种资源叫做临界资源或独占资源。如打印机就属于临界资源

同时共享方式

某一资源在一段时间内可由多个进程"同时"访问，这种"同时"是宏观上的，在微观上，这些进程可能是交替对该资源进行访问，磁盘设备就是这类资源

（4）虚拟

把一个物理上的实体变为若干个逻辑上的对应物，物理实体是实际存在的，而逻辑上对应物是用户感受到的

虚拟分为时分复用技术和空分复用技术

时分复用技术

微观上处理机在各个微小的时间段内交替着为各个进程服务
如:一个单核CPU可以执行多个程序，给用户一种多核的“假象“

空分复用技术

空分复用是指多个程序或用户同时使用一个资源的不同部分
如:电脑硬盘分为C盘 D盘 E盘等，实际上只是虚拟逻辑上的分区，实际电脑硬盘还是一个

（5）异步

在多道程序环境下，允许多个程序并发执行，但由于资源有限，进程的执行不是一贯到底。而是走走停停，以不可预知的速度向前推进，这就是进程的异步性

最基本的特征: 并发和共享，两者互为存在条件

二、操作系统的发展阶段和分类

(1)手工操作阶段

输入/输出速度慢处理机处理速度快，处理机利用率低

(2)单道批处理

引入脱机输入/输出技术(用磁带完成)，并监督程序负责控制作业的输入、输出

优点:资源利用率有所提升

缺点:内存中仅能有一道程序运行，只有该程序运行结束之后才能调入下一道程序

(3)多道批处理

每次往内存中输入多道程序，操作系统正式诞生，并引用了中断技术，由操作系统负责管理这些程序的运行。各个程序并发执行

优点:多道程序并发执行，共享计算机资源。

缺点:用户响应时间长

(4)分时操作系统

计算机以时间片为单位轮流为各个用户/作业服务，各个用户可通过终端与计算机进行交互

优点:用户请求可以被即时响应，并且用户对计算机的操作相互独立

缺点:不能优先处理一些紧急任务，循环地位每个用户/作业服务一个时间片，不区分任务的紧
急性

分时操作系统典型的例子就是Unix和Linux的操作系统

(5)实时操作系统

优点:能够优先响应一些紧急任务

在实时操作系统的控制下，计算机系统接收到外部信号后及时进行处理，并且要在严格的时限内处理完事件

·硬实时系统

必须在绝对严格的规定时间内完成处理如:导弹控制系统，自动驾驶系统

·软实时任务

有一个截止时间，但并不严格 如:12306火车订票系统

三、操作系统的结构设计

1.传统操作系统结构

（1）无结构操作系统

（2）模块化结构OS

（3）分层式结构OS

2.客户/服务器模式

由客户机、服务器、网络系统组成

四步骤:客户发送请求消息，服务器接受消息，服务器回送消息，客户机接受消息

3.面向对象的程序设计

像Java、C++等高级语言就是面向对象编程，在操作系统中也用到很多面向对象的设计思想。比如文件就可以看作一个类，类的变量可以是文件的类型、大小或创建者

4.微内核OS结构

为提高操作系统的正确性灵活性易维护性可扩充性，现代操作系统结构设计大多采用基于客户/服务器模式的为内核结构，将操作系统分为微内核和多个服务器

四、补充概念

1.特权命令

所谓特权指令是指有特权权限的指令，由于这类指令的权限最大，如果使用不当，将导致整个系统崩溃。比如:清内存、置时钟、分配系统资源、修改虚存的段表和页表，修改用户的访问权限等

特权指令就是那些18+的东西，而非特权指令则是老少皆宜

2.系统调用

系统调用“是操作系统提供给应用程序使用的接口，可以理解为一种可供应用程序调用的特殊函数，应用程序可以发出系统调用请求来获得操作系统的服务
用户可利用读系统调用 read，用户也可利用写系统调用 write

3.中断和异常

4.原语

由若干条指令组成，来完成一定功能的过程,执行必须过程连续，不允许被中断

5.处理机状态

内核态(管态）: CPU可以访问[内存]所有数据,包括外围设备,例如硬盘,网卡.CPU也可以将自己从一个程序切换到另一个程序

用户态（目态）: 只能受限的访问内存,且不允许访问外围设备.占用CPU的能力被剥夺,CPU资源可以被其他程序获取

内核态和用户态的区别就是权限不同，内核态处于权限0，权限较高，用户态处于权限3，权限较
低。

用户态切换到内核态的方式:

（1）系统调用

·进程调用:exit、fork

·文件系统访问:chmod、chown

·设备调用:read、write

·信息读取:读取设备信息

·通信:mmap、pipe等

（2）中断

（3）异常

三、真题速通

1.计算机的操作系统是

(A)应用软件

(B)系统软件

(C)工具软件

(D)字表处理软件

【答案】(B)

2.计算机操作系统的功能是

(A)把源程序代码转换为目标代码

(B)实现计算机用户之间的相互交流

(C)完成计算机硬件与软件之间的转换

(D)控制、管理计算机系统的资源和程序的执行

【答案】(D)

3.UNIX 属于一种( )操作系统。
(A)分时系统

(C)实时系统

(B)批处理系统

(D)分布式系统

【答案】(A)

4.在分时系统中，时间片一定时，( )，响应时间越长。

(A)内存越多 (B)用户数越多

(C)内存越少 (D)用户数越少

【答案】(B)

5.当处理机处于管态时，只能执行特权指令。()

【答案】错误

6.操作系统的基本特征，一是并行性，另一是

(A)动态性(B)交互性

(C)共享性(D)制约性

【答案】(C)

7.所谓 ( )是指将一个以上的作业放入内存，并且同时处于运行状态，这些作业共享处理器的时间和 I/O 设备等其他资源

A、多重处理 B、多道程序设计

C、实时处理 D、共行执行

【答案】(B)

8.在操作系统中，并发性是指若干事件()发生

A、在同一时刻 B、一定在不同时刻

C、某一时间间隔内 D、依次在不同时间间隔内

【答案】(C)

9.当操作系统程序退出执行，让用户程序执行时，系统会()

A、继续保持内核态 B、继续保持用户态

C、从内核态变为用户态 D、从用户态变为内核态

【答案】(C)

10.当 CPU 处于内核态时它可以执行的指令是( )

A、只有特权指令 B、只有非特权指令

C、只有访管指令 D、计算机中的所有指令

【答案】(D)

11.操作系统在计算机系统中位于()之间。

A、CPU和用户 B、CPU 和主存

C、计算机硬件和用户 D、计算机硬件和软件

【答案】(C)