操作系统基础：目标、功能与结构设计

"本章学习目标-操作系统第二章课件" 操作系统是计算机系统的核心组成部分，它作为硬件与软件之间的桥梁，提供了对硬件资源的有效管理和控制。操作系统的主要目标是提高计算机系统的效率、方便用户使用、保障系统的可靠性和安全性。在本章中，我们将深入探讨操作系统的关键概念、目标、作用、发展历程、基本特性、主要功能以及常见的结构设计方法。 1. 操作系统的目标和作用： - 提高资源利用率：操作系统通过有效的资源调度和管理，确保多个并发执行的进程能够高效地共享硬件资源。 - 提供用户接口：操作系统提供了用户友好的图形用户界面（GUI）和命令行接口（CLI），使得非专业用户也能方便地使用计算机。 - 保护系统安全：通过访问控制、权限管理等机制，操作系统防止非法访问和破坏，确保数据的安全性。 - 管理系统资源：包括内存管理、处理器调度、文件系统、设备驱动等，确保资源的合理分配和使用。 2. 操作系统的发展过程： - 从无操作系统到批处理系统，再到分时系统、实时系统，直至现代的网络和分布式操作系统，操作系统经历了从简单到复杂，从单一功能到多功能的发展过程。 - 各类操作系统的优缺点：例如，批处理系统适合大规模数据处理，但交互性较差；分时系统提高了用户交互性，但可能对实时性有所牺牲；实时系统强调响应速度，但资源利用率可能较低。 3. 操作系统的基本特性： - 并发性：允许多个任务同时执行，实现多任务并行处理。 - 共享性：资源共享，使得多个进程可以使用同一硬件资源。 - 虚拟性：通过资源的抽象和模拟，提供超越实际硬件能力的服务。 - 异步性：进程的执行顺序不完全按照它们的启动顺序进行，体现了系统的动态性。 4. 操作系统的主要功能： - 进程管理：创建、销毁、调度进程，处理进程间的通信和同步。 - 存储管理：内存分配、回收，实现虚拟内存。 - 文件管理：文件的创建、删除、读写、备份和保护。 - 设备管理：I/O设备的分配、调度，处理设备驱动程序。 - 安全性和可靠性：用户认证、权限控制，防止数据丢失或损坏。 5. OS结构设计方法： - 单体结构：所有模块紧密耦合，简单但不易维护和扩展。 - 层次结构：模块按层次组织，易于理解和修改。 - 微内核结构：核心只包含最基本功能，其他服务通过消息传递在用户空间实现，提高系统灵活性和可扩展性。 - 客户-服务器模型：分布式系统中的服务提供者和请求者，提高资源利用和系统性能。 操作系统在程序执行时扮演着重要角色，它负责加载程序、管理内存、调度进程、处理中断、控制I/O设备以及提供用户接口。从运行简单的“Hello World”程序到复杂的系统调用，操作系统无时无刻不在幕后工作，确保程序的正常运行和系统资源的合理分配。在理解了这些基本概念和功能后，我们能够更好地认识和利用操作系统，提高我们的工作效率和计算机系统的性能。