一、操作系统的定义

• 资源管理的观点：操作系统是控制和管理计算机的软、硬件资源，并且合理的组织计算机的工作流程，以及方便用户的程序集合（操作系统的本质）。
• 用户的观点：操作系统是配置在计算机硬件的第一层软件，是对硬件系统的第一次扩充。
  
  操作系统是紧贴硬件（裸机）之上，所有其他软件之下的系统软件。

二、操作系统的产生与发展

1.1946年第一代计算机没有操作系统
人工操作： 对计算机的操作完全取决人工操作方式（用纸带机打点输入）。
主要缺点：

• 用户完全独占计算机。计算机的全部资源只供一个用户使用。
• 计算机等待人工操作。人机速度矛盾导致资源利用率极低。

2.1958年第二代计算机有了监控系统
批处理阶段：
（1）单道批处理：引入脱机输入（用磁带保存输入的内容）， 并有监控系统负责控制整个过程。
优点：缓解了一定程度的人机矛盾，资源利用率有所提高。
缺点：人机速度的矛盾导致资源利用率很低。
（2）多道批处理：往磁带中一次输入多个程序。操作系统正式产生，并引入中断技术。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，资源利用率大大提升，系统吞吐增大。
缺点：用户响应时间长，没有人机交互功能。

3.1964年第三代计算机上操作系统得到极大的发展
**分时操作系统：**计算机以时间片为单位轮流为各个用户提供服务。
优点：用户请求被及时响应，解决了人机交互的问题。
缺点：不能优先处理一些紧急任务。
4.1974年第四代计算机操作系统向多元化方向发展
优点：能够优先处理一些紧急的任务。
实时操作系统的主要特点是 及时性 和 可靠性。
还有其它操作系统：网络操作系统；分布式操作系统。

三、操作系统的特征

• 并发性：指两个或多个事件在同一时间间隔内发生，这些事件在宏观上是同时发生的，但微观条件下是交替发生的。
• 共享性：资源共享，计算机的资源可供内存中多个并发执行的程序使用。并发性和共享性互为存在条件。
• 虚拟性：是指通过某种技术手段把一个物理实体变成多个逻辑上的对应物，物理是实际存在的，逻辑是虚的，用户的一种感觉。例如：SPOOLing技术把一台物理上输入输出的设备变为多个逻辑上对应的输入输出设备。
• 异步性（不确定性）：多个程序并发执行时，由于资源有限，进程总是以不可预知的速度向前推进。即发生的顺序不同。

四、操作系统的功能

1.进程管理：对处理机的分配和运行实施有效管理。
2.存储管理：方便用户使用内存；提高内存的利用率；从逻辑上扩充内存保护。
3.设备管理：完成用户程序请求的I/O操作，为用户程序分配I/O设备
4.文件管理：大量的信息以文件的形式放在外存，对信息的管理也就是对文件的管理
5.用户接口：

• 命令接口：分为联机命令接口和脱机命令接口，图形用户界面（GUI）
• 程序接口：也称系统调用。

五、操作系统的运行机制

两种指令，两种处理机状态，两种程序。
1.两种指令：

• 特权指令：内存清零，不允许用户程序使用。
• 非特权指令：普通运算指令。

2.两种处理机状态：
用程序状态字寄存器（PSW）中的标志位来标记处理机的状态，如0表示用户态，1表示核心态。

• 用户态（目态）只能执行非特权指令
• 核心态（管态）特权指令和非特权指令都能执行。

3.两种程序：

• 内核程序：操作系统的内核程序可以执行特权指令和非特权指令，运行在核心态。
• 应用程序：只能执行非特权指令，运行在用户态。

六、操作系统的体系结构

内核是计算机上配置的底层软件，及操作系统的核心，包括时钟管理，中断处理，原语（原语具有原子性，不可被中断，运行时间短，调用频繁）。
体系结构：

• 大内核：将操作系统的主要功能模块作为系统内核，运行在核心态。优点是高性能；缺点是内核代码庞大，结构混乱，难以维护。
• 微内核：只把最基本的功能保留在内核，优点是内核功能少，结构简单,方便维护；缺点是需要频繁的在核心态和用户态之间调用，性能低。