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【世界快播报】操作系统 — 精髓与设计原理(第二章 操作系统概述)
(资料图片)
操作系统概述
2.1 操作系统目标和功能
三个目标
- 方便:易于使用
- 作为用户/计算机接口,提供方便的服务
- 程序开发/运行
- I/O设备访问
- 文件控制访问
- 系统访问
- 错误检测和响应
- 记账(监控)
- 作为用户/计算机接口,提供方便的服务
- 有效:可以有效利用计算机系统资源
- 拓展能力:可以有效开发、测试和引入新的系统功能
- 硬件升级和新硬件
- 新的服务
- 纠正错误(打补丁)
2.2 操作系统演化
- 串行处理
- 简单批处理系统
- 使用一个称为监控程序的软件,监控程序自动加载,提供计算机利用率
- 多道批处理系统
- 解决I/O设备相对于处理器速度太慢,单道程序使得处理器经常处于空间状态
- 对多道程序设计最有帮助的硬件是:支持I/O中断和直接内存访问(DMA)的硬件
- 分时系统
- 允许多个用户通过终端同时分享处理器时间
- 多道程序设计的目的是同时处理多个批作业;而分时系统的目标是减少用户的响应时间
2.3 主要研究成果
4个重要理论进展
进程、内存管理、信息保护和安全、调度和资源管理
- 进程
- 定义
- 一个正在执行的程序
- 计算机中正在执行的程序的一个实例
- 可分配给处理器并由处理器执行的一个实体
- 由一个单一顺序线程、一个当前状态和一组相关系统资源所表征的活动单元
- 计算机发展的三条主线
- 多道程序批处理系统
- 分时系统
- 实时事务处理系统
- 组成:
- 一段可执行的程序
- 程序所需要的相关数据(变量、工作空间、缓冲区等)
- 程序的执行上下文(进程状态)
- 定义
- 内存管理
- 操作系统担负着5项存储器管理职责:
- 进程隔离
- 自动分配和管理
- 支持模块化程序设计
- 保护和访问控制
- 长期存储
- 采用虚存机制,如图:
- 操作系统担负着5项存储器管理职责:
- 信息保护和安全
- 可用性
- 保密性
- 数据完整性
- 认证
- 调度和资源管理
- 三因素
- 公平性:给竞争某一资源的所有进程提供几乎相等和公平的访问机会
- 有差别的响应性:区分不同服务和作业的类型,动态的进行分配和调度
- 有效性:希望系统获得最大吞吐量和最小响应时间
- 三因素
2.4 现代操作系统
主要设计领域
- 微内核体系结构(单体内核 vs 微内核)
- 多线程(线程和进程)
- 对称多处理SMP(优势:性能、可用性、增量成长、可拓展性)
- 分布式操作系统(集群)
- 面向对象设计(给小内核增加模块化拓展)
2.5 容错性
定义:指系统或者部件发生软/硬件错误时,能够继续正常运行的能力
相关指标:
- 可靠性
- 平均失效时间
- 可用性
错误包括:- 永久性错误:硬盘损坏、软件错误、通信部件损坏- 临时性错误- 瞬时性错误:冲激噪声造成的位传输错误、电源故障- 间歇性错误:连接松动导致的错误解决方式:增加冗余度- 空间(物理)冗余度- 时间冗余- 信息冗余
2.6 多处理完器和多核操作系统设计
多处理器操作系统
多处理器系统提供多道系统所有功能,还需要考虑的关键因素:
- 并发进程或线程
- 调度
- 同步
- 内存管理
- 可靠性和容错性
多核操作系统设计考虑因素
包含多处理器的所有涉及问题,还需考虑:应用层并行、虚拟机方式
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