操作系统第四版复习要点：多道程序设计与实时系统解析

操作系统是计算机系统的核心组成部分，它的主要目标包括：方便性、有效性、可扩充性和开放性。方便性是指操作系统应提供友好的用户界面，使得用户能够轻松地与计算机进行交互。有效性是指操作系统应高效地管理和调度系统资源，以提高系统整体性能。可扩充性是指操作系统应能适应硬件和软件的发展，支持新的设备和技术。开放性则是指操作系统应允许用户和开发者访问其内部功能，以实现更多的定制和扩展。 操作系统的作用主要体现在三个方面：首先，它作为用户与计算机硬件系统之间的接口，通过命令行或图形用户界面（GUI）使得用户能够方便地操作计算机。其次，操作系统是计算机系统资源的管理者，包括处理器、内存、硬盘、网络等资源的分配和调度。最后，操作系统起到了扩充机器的作用，通过提供各种服务和抽象，使硬件的功能得以增强和扩展。 多道批处理系统的发展主要源于提高计算机资源利用率和系统吞吐量的需求。早期的单道批处理系统虽然解决了人机交互的问题，但资源利用率仍然较低。因此，多道批处理系统引入了作业调度和内存管理，使得多个作业可以在内存中同时存在，显著提高了系统的效率。 随着用户需求的变化，分时系统应运而生。分时系统允许多个用户同时在线，每个用户都可以获得即时的响应，增强了人机交互体验，使得资源共享和协同工作变得更加便捷。这主要得益于处理机时间片轮转技术，每个用户可以轮流使用处理器，实现了虚拟并发。 实时系统分为两类任务：周期性实时任务和非周期性实时任务。前者按照固定的时间间隔重复执行，后者则在特定事件触发时执行。同时，实时任务又可以根据对截止时间的要求分为硬实时任务和软实时任务，前者对时间限制非常严格，必须在规定时间内完成，否则可能导致严重后果；后者则相对宽松，错过截止时间可能影响服务质量，但不会导致系统崩溃。 在实现多道程序时，操作系统需要解决的问题包括处理机管理（如进程调度）、内存管理（如分区和分页）、I/O设备管理（如中断处理和缓冲区管理）、文件管理（如文件的创建、读写和保护）以及作业管理（如作业的提交、执行和终止）。这些问题的解决是操作系统核心功能的基础。 单道与多道批处理系统有明显的区别。单道批处理系统只允许一个作业在内存中运行，优点是简单，但资源利用率低。多道批处理系统允许多个作业并存，提高了系统资源利用率和吞吐量，但增加了系统复杂性，需要更复杂的调度策略。 操作系统是计算机系统的关键，它的设计和功能直接影响到计算机的性能和用户体验。从早期的单道批处理到现在的多道系统、分时系统和实时系统，操作系统不断进化以满足不断增长的用户需求和计算机技术的发展。理解这些基本概念和系统类型对于学习和掌握操作系统原理至关重要。