操作系统核心概念与发展历程解析

"操作系统重点难点学习指导，涵盖了OS的引入和发展、基本特征和功能，以及分层式和微内核结构。" 操作系统是计算机系统的核心组成部分，它管理和调度计算机的硬件资源，为用户提供服务和环境。这篇学习指导针对操作系统的重点和难点进行了深入探讨。 一、OS的引入和发展 早期的计算机系统没有操作系统，导致了“人机矛盾”，即用户需要长时间等待计算机完成任务，而CPU和I/O设备的速度差异也造成了资源浪费。为解决这些问题，单道批处理系统引入了作业调度和缓冲技术，使得计算机可以同时处理多个任务，提高了CPU利用率。然而，这种系统仍存在延迟和交互性不足的问题。多道批处理系统通过引入更复杂的调度算法和更多的内存空间，允许更多程序并发执行，进一步提高了资源利用率。但用户仍然需要等待一段时间才能得到结果，这就催生了分时系统的出现。分时系统通过时间片轮转技术，使得多个用户可以几乎同时与系统交互，实现了多用户共享计算资源。随着实时应用需求的增长，如航空航天、工业控制等领域，需要快速响应的系统，于是实时系统应运而生，它保证了任务在规定时间内完成，强调确定性和响应时间。 二、OS的基本特征和功能 操作系统的主要特征包括并发性、资源共享、虚拟和异步性。并发性使得多个任务可以同时进行，资源共享则允许多个进程访问相同资源，虚拟性通过资源的抽象和模拟提供更多的资源感知，异步性反映了进程执行的非顺序性。并发和资源共享是操作系统的基础，它们导致了虚拟和异步性的出现。操作系统五大功能——处理机管理、存储器管理、设备管理、文件管理和用户接口，确保了多道程序的有序执行和高效运行。处理机管理负责进程调度和同步，是并发和共享特性得以实现的关键；存储器管理则优化了内存分配，防止数据冲突；设备管理提高I/O效率；文件管理系统让数据存储和共享成为可能；用户接口则提供了友好的交互方式，简化了用户与系统间的交互。 三、分层式结构和微内核结构 分层式结构将操作系统分为若干层次，每一层负责特定的功能，便于模块化开发和维护。这种结构在历史上广泛应用，但可能导致性能开销。微内核结构则将核心功能最小化，只包含最基本的服务，其他服务作为独立的进程运行在用户空间，以提高效率和可扩展性。20世纪90年代以后，微内核结构因其灵活性和可移植性得到了广泛关注。 总结来说，操作系统的学习涉及到其历史演变、基本特性和功能，以及不同结构的设计理念。理解这些重点和难点对于深入掌握操作系统原理和实际应用至关重要。