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3.1 操作系统概述
操作系统概述
3.1.1 什么是操作系统
（1）计算机系统平台
现代通过的计算机系统是由硬件和软件组成的。
硬件是指可以看得见、摸得着的物理设备和器材的总称，如中央处理器（CPU）、存储器（内存与外存）、输入/输出设备等。硬件就其逻辑功能而言，是用来完成信息交换、信息存储、信息传输和信息处理的，硬件是计算机系统实现各种操作的物质基础。
软件是计算机程序及相关文档的总称，如在系统中运行的程序、数据等。软件就其逻辑功能而言，主要是描述实现数据处理的规则和流程。软件又分系统软件和应用软件两大类，而系统软件就包含了操作系统、语言编译系统以及其他系统工具软件。
没有安装软件的计算机被称为“裸机”，而裸机是无法进行任何工作的；不能从键盘、鼠标接收信息和操作命令，也不能在显示器屏幕上显示信息，更不能运行可以实现各种操作的应用程序。
从用户角度来看，计算机系统应该是一个稳定的、便于操作的平台。但是由于计算机系统的硬件和软件是为了不同的目的、由不同生产厂家设计、生产的，它们呈现给用户的是不同的操作界面和操作规程。即使是最现代化的、标准配置的硬件，呈现给用户的也是一个极不友好的界面。
为了使硬件的各种部件都能按设计要求正常地进行工作，需要安装各个硬件的驱动程序；而要使这些硬件能够有条不紊、步调一致地协调工作，还要在硬件和支持软件之间在插入一批系统软件，这些系统软件就是操作系统。
（2）操作系统
操作系统（Operating System，OS）是一组控制和管理计算机软、硬件资源，为用户提供便捷使用计算机的程序的集合。它是配置在计算机硬件上的第一层软件，是对硬件功能的扩充。操作系统在整个计算机系统中具有极其重要的特殊地位，它不仅是硬件与其他软件系统的接口，也是用户和计算机之间进行“交流”的界面（窗口）。
（3）用户、操作系统和虚拟计算机
对一般用户而言，所看到的是一个整体的计算机系统。但从系统体系结构的角度看，计算机分为虚拟机和物理机两个部分。这种体系结构的优点是将复杂操作剥离并下移，即将复杂的硬件操作下移到操作系统虚拟机的控制之下，由操作系统实现对物理机器资源的管理和控制操作。对计算机的观察和操作分为了不同层次，为每个层次的用户提供适合本层次的操作语言和工具，这样一来，极大方便了用户操作和对系统资源的管理。
对于普通用户而言，所看到的是操作系统虚拟机，使用操作系统虚拟机的命令语言对计算机进行操作。至于操作过程中系统是如何访问和控制硬件设备的，用户不需了解。
（4）操作系统的作用
用形象的描述来表达操作系统的作用，可以把操作系统比喻为一个乐团的指挥。作为乐团的指挥，必须熟知每一件乐器的特性、每一个乐手的专长，必须指挥、协调使所有的乐手和乐器都能够按照要求发挥自己的作用去完成每一首乐曲作品的演奏。操作系统也是如此，它必须调度、分配和管理所有的硬件设备和软件系统统一协调地运行，以满足用户实际操作和需求。
操作系统的主要作用体现在两个方面：
①管理计算机& 操作系统要更加合理地组织计算机的工作流程，使软件和硬件之间、用户和计算机之间、系统软件和应用软件之间的信息传输和处理流程准确畅通；更有效地管理和分配计算机系统的硬件和软件资源，使得有限的系统资源能够发挥更大的作用。
②使用计算机& 操作系统通过内部极其复杂的综合处理，为用户提供友好、便捷的操作界面，以便用户无需了解计算机硬件或系统软件的有关细节就能方便地使用计算机。
3.1.2 操作系统功能
从资源管理角度看，操作系统具有以下五大功能。
（1）进程管理
又称处理器管理，其主要任务是对处理器的时间进行合理分配、对处理器的运行实施有效的管理。
（2）存储器管理
由于多道程序共享内存资源，所以存储器管理的主要任务是对存储器进行分配、保护和扩充。
（3）设备管理
根据确定的设备分配原则对设备进行分配，使设备与主机能够并行工作，为用户提供良好的设备使用界面。
（4）文件管理
有效地管理文件的存储空间，合理地组织和管理文件系统，为文件访问和文件保护提供更有效的方法及手段。
（5）用户接口
用户操作计算机的界面称为用户接口（或用户界面），通过用户接口，用户只需进行简单操作，就能实现复杂的应用处理。用户接口有两种类型：
n命令接口& 用户通过交互命令方式直接或间接地对计算机进行操作。
n程序接口& 供用户以程序方式进行操作。程序接口也称为应用程序编程接口（Application Programming Interface，API），用户通过API可以调用系统提供的例行程序，实现既定的操作。
3.1.3 操作系统分类
对操作系统进行严格的分类是困难的。早期的操作系统，按用户使用的操作环境和功能特征的不同，可分为三种基本类型：批处理系统、分时系统和实时系统。随着计算机体系结构的发展，又出现了嵌入式操作系统、分布式操作系统、个人计算机操作系统和网络操作系统。
（1）批处理系统
批处理系统（Batch Processing System）的突出特征是“批量”处理，它把提高系统处理能力作为主要设计目标。它的主要特点是：① 用户脱机使用计算机，操作方便；② 成批处理，提高了CPU利用率。它的缺点是无交互性，即用户一旦将程序提交给系统后就失去了对它的控制能力，使用户感到不方便。例如，VAX/VMS是一种多拥护、实时、分时和批处理的多道程序操作系统。
（2）分时系统
分时系统（Time-Sharing System）是指多用户通过终端共享一台主机CPU的工作方式。为使一个CPU为多道程序服务，将CPU划分为很小的时间片，采用循环轮转方式将这些CPU时间片分配给排队队列中等待处理的每个程序。由于时间片划分得很短，循环执行得很快，使得每个程序都能得到CPU的响应，好像在独享CPU。分时操作系统的主要特点是允许多个用户同时运行多个程序；每个程序都是独立操作、独立运行、互不干涉。现代通用操作系统中都采用了分时处理技术。例如，UNIX是一个典型的分时操作系统。
（3）实时操作系统
实时操作系统（Real Time Operating System）是实时控制系统和实时处理系统的统称。所谓实时就是要求系统及时响应外部条件的要求，在规定的时间内完成处理，并控制所有实时设备和实时任务协调一致地运行。
&&& （4）嵌入式操作系统
嵌入式操作系统（Embedded Operating System）是指运行在嵌入式系统环境中，对整个嵌入式系统以及它所操作、控制的各种部件装置等资源进行统一协调、调度、指挥和控制的操作系统。嵌入式操作系统具有通过操作系统的基本特点，能够有效管理复杂的系统资源。与通用操作系统相比较，嵌入式操作系统在系统实时高效性、硬件的相关依赖性、软件固态化以及应用的专用性等方面具有较为突出的特点。在制造工业、过程控制、通信、仪器、仪表、汽车、船舶、航空、航天、军事装备、消费类产品等方面均是嵌入式操作系统的应用领域。例如，家用电气产品中的智能功能，就是嵌入式系统的应用。
（5）个人计算机操作系统
个人计算机操作系统（Personal Computer Operating System）是一种单用户的操作系统。它的特点是计算机在某一时间为单个用户服务。现代个人计算机操作系统采用图形界面人
机交互方式操作，用户界面友好，用户无需学习专业理论知识，就可以掌握对计算机的操纵。典型的个人计算机操作系统是Windows。
&&&& （6）网络操作系统
网络操作系统（Network Operating System）是基于计算机网络的操作系统，它的功能包括网络管理、通信、安全、资源共享和各种网络应用。网络操作系统的目标是拥护可以突破地理条件的限制，方便地使用远程计算机资源，实现网络环境下计算机之间的通信和资源共享。例如，Novell NetWare 和 Windows NT 就是网络操作系统。
（7）分布式操作系统
分布式操作系统（Distributed Operating System）是指通过网络将大量计算机连接在一起，以获取极高的运算能力、广泛的数据共享以及实现分散资源管理等功能为木的的一种操作系统。
它的优点是：① 分布性。它集各分散结点计算机资源为一体，以较低的成本获取较高的运算性能。② 可靠性。由于在整个系统中有多个CPU系统，因此当某一个CPU系统发生故障时，整个系统仍旧能够工作。显然，在对可靠性有特殊要求的应用场合可选用分布式操作系统。
（8）中文操作系统(Chinese& Operating& System)
在我国推广应用计算机，遇到的一个重要难题就是如何处理汉字。包括汉字操作系统、汉字编码技术]汉字输入技术、西文软件汉化技术等。从20世纪70年代开始，我国软件工作者就对汉字操作系统的研制和开发做了大量工作。最初，是在原西文操作系统的基础上，对系统进行扩展和改进，使其具备汉字处理功能。例如，原电子部第六研究所的CCDOS、吴晓军213汉字系统、金山公司的SPDOS、联想公司的UCDOS等，它们都是以MS DOS为核心进行改造的汉字操作。到了Windows年代，由于最初的Windows3.X只有西文版,于是国内又针对Windows开发了中文之星、四通利方等汉字系统。至1995年，Microsoft公司在发布西文Windows 95的同时，同步发布了中文简体版，全面解决了操作系统级的汉字的信息处理问题，汉字操作系统也到此为止结束了自己的历史使命。
&&&& 我国具有自主版权的中文操作系统，是1999年12月中软总公司推出的高端操作系统COSIX64 V5.0。这是我国第一个具有完整商业化形式的、并达到成熟应用水平的操作系统。它与UNIX兼容，采用目前最先进的64位UNIX技术具有优异的安全性、可靠性和开放性。它的诞生，结束了我国没有中文操作系统的历史，为我国信息产业在计算机操作系统技术领域奠定了新的发展基础。
&&& 操作系统种类繁多，但基本目的只有一个：即要实现在不同环境下为不同应用目的提供不同形式和不同效率的资源管理，以满足不同用户的操作需要。在现代操作系统中，往往是将上述多种类型操作系统的功能集成为一体，以提高操作系统的功能和应用范围。例如，在Windows NT、UNIX、Linux等操作系统中，就融合了批处理、分时、网络等技术和功能。
3.1.4 操作系统的特征
n并发性。可以同时执行多个程序。
n共享性。多个并发执行的程序可以共同使用系统的资源。
n虚拟性。是把逻辑部件和物理实体有机结合为一体的处理技术。通过虚拟技术，可以实现虚拟处理器、虚拟存储器、虚拟设备等。
n不确定性。由于系统共享资源有限，并发程序的执行受到一定的制约和影响。
3.1.5 &典型操作系统简介
（1）MS-DOS 是美国Microsoft公司为16位字长计算机开发的、基于字符（命令行）方式的单用户、单任务的个人计算机OS。
（2）WINDOWS 是Microsoft开发的一个多任务的OS，它采用图形窗口界面，使用户对计算机的各种复杂操作只需通过点击鼠标即可轻松地实现。
（3）UNIX 是通用、交互式、多用户、多任务应用领域的主流OS之一，是被业界公认的工业化标准的OS。UNIX也是目前惟一能在各种类型计算机的各种硬件平台上稳定运行的OS。
（4）Linux 是20世纪90年代推出的一个多用户、多任务的OS。它与UNIX完全兼容，具有UNIX最新的全部功能和特性。Linux的设计是为了在Intel微处理器上更有效的运行。它的最大特点在于它是一个源代码公开的免费OS，其内核源代码可以免费传播。
国产Linux OS的代表：
n红旗Linux 是由中科院软件所和方正公司联合研制。V4.0产品定位是面向办公、上网、教育以及娱乐等需求的桌面普及型OS。
n中软Linux 中软公司研发的Linux 2.0具有多种优秀特性，既适合于日常办公又满足家庭娱乐的需求。
nTurbo Linux 是国内最早发行的中文Linux版本之一。在高端应用和服务器市场，Turbo Linux的服务器版和群集服务器版具有相当大的优势。
nXteam Linux 是冲浪平台公司的产品。其最新研发的Lindows简化了Linux复杂的安装过程，可以从Windows 9.x直接进入到Linux。
nBluePoint Linux 由深圳信科思公司开发。在中文化方面独树一帜，在国内率先推出真正内核汉化的中文Linux BluePoint 1.0。
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中原工学院《计算机操作系统》试卷（1）
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1. 设计现代OS的主要目标是什么?
方便性，有效性，可扩充性和开放性.
2. OS的作用可表现为哪几个方面?
a. OS作为用户与计算机硬件系统之间的接口；
b. OS作为计算机系统资源的管理者；
c. OS作为扩充机器.
3. 试说明推动多道批处理系统形成和发展的主要动力是什么?
不断提高计算机资源利用率和系统吞吐量的需要；
4. 何谓脱机I/O和联机I/O?
a. 脱机输入输出方式(Off-Line I/O)是为了解决人机矛盾及CPU和I/O设备之间速度不匹配而提出的.它减少了CPU的空闲等待时间，提高了I/O速度.具体内容是将用户程序和数据在一台外围机的控制下，预先从低速输入设备输入到磁带上，当CPU需要这些程序和数据时，在直接从磁带机高速输入到内存，从而大大加快了程序的输入过程，减少了CPU等待输入的时间，这就是脱机输入技术;当程序运行完毕或告一段落，CPU需要输出时，无需直接把计算结果送至低速输出设备，而是高速把结果输出到磁带上，然后在外围机的控制下，把磁带上的计算结果由相应的输出设备输出，这就是脱机输出技术.
b. 若这种输入输出操作在主机控制下进行则称之为联机输入输出方式.
5. 试说明推动分时系统形成和发展的主要动力是什么?
用户的需要.即对用户来说，更好的满足了人-机交互，共享主机以及便于用户上机的需求.
6. 试说明实时任务的类型和实时系统的类型.
a. 实时任务的类型按任务执行时是否呈现周期性来划分，分为周期性实时任务和非周期性实时任务；---根据对截止时间的要求来划分，分为硬实时任务和软实时任务;
b. 通常把要求进行实时控制的系统统称为实时控制系统,把要求对信息进行实时处理的系统成为实时信息处理系统.
7. 实现多道程序应解决哪些问题?
a. 处理机管理问题；
b. 内存管理问题；
c. I/O设备管理问题；
d. 文件管理问题；
e. 作业管理问题.
8. 试比较单道与多道批处理系统的特点及优缺点.
a. 单道批处理系统是最早出现的一种OS，它具有自动性，顺序性和单道性的特点；---多道批处理系统则具有调度性，无序性和多道性的特点；
b. 单道批处理系统是在解决人机矛盾及CPU和I/O设备之间速度不匹配的矛盾中形成的，旨在提高系统资源利用率和系统吞吐量，但是仍然不能很好的利用系统资源；---多道批处理系统是对单道批处理系统的改进，其主要优点是资源利用率高，系统吞吐量大；缺点是平均周转时间长，无交互能力.
9. 实现分时系统的关键问题是什么?应如何解决?
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贡献者：tdpeng2006
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在各类计算机操作系统中，分时系统是一种（ ）。 A．单用户批处理操作系统B．多用户批处理操
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在各类计算机操作系统中，分时系统是一种（ ）。A．单用户批处理操作系统B．多用户批处理操作系统C．单用户交互式操作系统D．多用户交互式操作系统
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