第1章
操作系统
根据考试大纲，本章要求考生掌握以下几个方面的知识点：
●操作系统的类型和结构。
●操作系统基本原理。
●网络操作系统及网络管理。
1.1  考点突破
从历年的考试情况来看，本章主要考查操作系统的概念及特点、进程管理、存储管理、文件管理。
1.1.1  历年考试情况分析
在历年的考试试题中，有关操作系统知识的试题如表1-1所示。
表1-1  操作系统知识试题分布表
题号2009.11 2010.11 2011.11
1 系统结构分层分布式操作系统特点操作系统接口
2 文件系统
3 4
前趋图
页面淘汰算法（LRU）
前趋图与PV操作按照知识点进行总结和归类的试题分布情况如表1-2所示。1
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2 表1-2  操作系统知识归类表 知识点 2009.11 2010.11
2011.11 操作系统概论 1
1    1 进程管理    3 0    3 存储管理 0    2
0 文件管理 0
1 0 合计    4 4 4
从表1-2中可以看出，操作系统知识方面的内容在历年的考试中分值非常稳定，一直稳定维持在4分。所占分数比例的趋势如图1-1所示。
图1-1  操作系统知识历年试题比例趋势图
1.1.2  操作系统概论
操作系统的定义、功能、类型和层次结构是理解操作系统的工作机制的基础，需要深入理解和掌握。
1．操作系统的定义
任何一个计算机系统都是由两个部分组
成的：计算机硬件系统和计算机软件系统。操
作系统（Operating System ，OS ）是计算机系统
中的核心系统软件，负责管理和控制计算机系
统中硬件和软件资源，合理地组织计算机工作
流程和有效利用资源，在计算机与用户之间起
接口的作用，如图1-2所示。
其中，其他系统软件包含但不仅限于：语言处理程序、中间件。
在计算机系统中引入操作系统的目的可以从4个方面来理解。
（1）用户观点
操作系统是用户与计算机之间的接口。一方面，用户可以透明地使用计算机软/硬件资源；另一方面，操作系统提供了一些功能强大的系统调用，用户软件可以使用这些系统调用请求操作系统服务。
图1-2  操作系统与硬件/软件的关系
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（2）资源管理观点
操作系统是计算机资源的管理者，它管理和分配计算机系统硬件和软件资源，合理地组织计算机的工作流程，使资源能为多个用户共享，当用户程序和其他程序争用这些资源时，提供有序的和可控的分配。
（3）进程观点
操作系统由一个系统核心和若干并发运行的程序组成。这些运行的程序称为“进程”，进程可以分为用户进程和系统进程两大类。每个进程完成特定的任务，系统核心则控制和协调这些进程的运行。
（4）分层观点
操作系统通常采用分层结构实现，各层次的程序按照一定的结构组织并协调工作。
2．操作系统的分类
操作系统的基本类型有：批处理操作系统、分时操作系统、实时操作系统、网络操作系统、分布式操作系统、嵌入式操作系统、微内核操作系统。
（1）批处理操作系统（Batch Processing Operating System ）
批处理操作系统也称为作业处理系统。在批处理操作系统中，作业成批地装入计算机中，由操作系统在
计算机的输入并将其组织好，按一定的算法选择其中的一个或多个作业，将其调入内存使其运行。运行结束后，把结果放入磁盘输出井，由计算机统一输出后交给用户。
批处理操作系统中配置了一个监督程序，在该监督程序控制下，系统能够对一批作业自动进行处理。其基本特征是“批量”，把作业的吞吐量作为主要目标，同时兼顾作业的周转时间。批处理操作系统又分为单道批处理和多道批处理系统。
单道批处理系统在内存中只能存放一道作业，大大减少了人工操作的时间，提高了机器的利用率。但是，对于某些作业来说，当它发出I/O 请求后，CPU （Central Processing Unit ，中央处理单元）必须等待I/O 的完成，而由于I/O 设备的低速性，从而使CPU 的利用率很低。为了改善CPU 的利用率，引入了多道程序设计技术，就形成了多道批处理操作系统。
在多道批处理操作系统中，不仅在内存中可同时有多道作业在运行，而且作业可随时被调入系统，并存放在外存中形成作业队列。然后，由操作系统按一定的原则，从作业队列中调入一个或多个作业进入内存运行。多道批处理系统具有资源利用率高和系统吞吐量大的优点，但它将用户和计算机操作员分开，使用户无法直接与自己的作业进行交互。另外，作业要进行排队，依次处理，因此，作业的平均周转时间较长。
（2）分时操作系统（Time Share Operating System ）
为了解决批处理系统无法进行人机交互的问题，并使多个用户能同时通过自己的终端以交互方式使用计算机，共享主机中的资源，为此，系统中采用了分时技术，即把CPU 的时间划分成很短的时间片，轮流地分配给各个终端作业使用。这种操作系统称为分时操作系统，简称分时系统。
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4 对于某个作业而言，若在分配给它的时间片内，作业没有执行完毕，也必须将CPU 交给下一个作业使用，并等下一轮得到CPU 时再继续执行。这样，系统便能及时地响应每个用户的请求，从而使每个用户都能及时地与自己的作业交互。分时系统具有多路性、独立性、及时性、交互性和同时性等特征。
（3）实时操作系统（Real Time Operating System ）
实时操作系统是指当外界事件或数据产生时，能够接收并以足够快的速度予以处理，其处理的结果又能在规定的时间内来控制生产过程或对处理系统快速响应，并控制所有实时任务协调一致运行的操作系统。因而，提供及时响应和高可靠性是其主要特点。
实时操作系统有硬实时和软实时之分，硬实时要求在规定的时间内必须完成操作，这是在操作系统设计时保证的；软实时则只要按照任务的优先级，尽可能快地完成操作即可。我们通常使用的操作系统在经
过一定改变之后就可以变成实时操作系统。
（4）网络操作系统（Network Operating System ）
网络操作系统是指在计算机网络环境下，具有网络功能的操作系统。计算机网络是一个数据通信系统，它把地理上分散的计算机和终端设备连接起来，达到数据通信和资源共享的目的。网络操作系统最主要的特点是网络中各种资源的共享，以及各台计算机之间的通信。有关数据通信与计算机网络方面的详细知识，将在第4章中介绍。
（5）分布式操作系统（Distributed Operating System ）
分布式系统是由多台计算机组成的系统，系统中若干台计算机可以相互合作，共同完成同一个任务。在分布式系统中，任意两台计算机之间都可以利用通信来交换信息，系统中的资源为所有用户共享。分布式系统的优点是各节点的自治性好、资源共享的透明性强、各节点具有协同性，其主要缺点是系统状态不精确、控制机构复杂、通信开销会引起性能的下降。
分布式操作系统是网络操作系统的更高级形式，它保持了网络操作系统所拥有的全部功能，与网络操作系统的主要区别在于任务的分布性，即把一个大任务分为若干个子任务，分派到不同的CPU 上执行。
（6）嵌入式操作系统（Embedded Operation System ）
嵌入式操作系统运行在嵌入式智能芯片环境中，对整个智能芯片和它所操作、控制的各种部件装置等资源进行统一协调、处理、指挥和控制。嵌入式操作系统具有微型化、可定制、实时性、可靠性、易移植性等特点。嵌入式实时操作系统是指系统能及时响应外部事件的请求，在规定的时间内完成对该事件的处理，并控制所有实时任务协调一致地运行。嵌入式实时操作系统的特点是及时性、支持多道程序设计、高可靠性和较强的过载防护能力。
（7）微内核操作系统（Microkernel Operating System ）
微内核操作系统结构是20世纪80年代后期发展起来的，其基本思想是将操作系统中最基本的部分放入内核中，而把操作系统的绝大部分功能都放在微内核外面的一组服务器中实现。这样使得操作系统内核变得非常小，自然提高了系统的可扩展性，
第1章  操作系统 考点突破、案例分析、试题实战一本通 5
增强了系统的可靠性和可移植性，同时微内核操作系统提供了对分布式系统的支持，融入了面向对象技术。虽然微内操作系统具有诸多优点，但它非常完美无缺，在运行效率方面它就不如以前传统的操作系统。
当前比较流行的、能支持多处理机运行的操作系统，几乎全部都采用了微内核结构，如卡耐基梅隆大学
研制的Mach OS ，便属于微内核结构操作系统；又如当前广泛使用的Windows 操作系统，也采用了微内核结构。
3．操作系统的功能
从资源管理的观点看，操作系统的功能分成五大部分，即进程管理（处理机管理）、存储管理、文件管理、作业管理和设备管理。这五大部分相互配合，协调工作，实现对计算机系统的资源管理和控制程序的执行，为用户提供方便的使用接口和良好的运行环境。
4．操作系统的结构设计模式
（1）模块化结构
操作系统由许多标准的、可兼容的基本单位构成（称为模块），各模块相对独立，模块之间通过规定的接口相互调用。模块化设计方法的优点是缩短了系统的开发周期，缺点是模块之间调用关系复杂、相互依赖，从而使分析、移植和维护系统较易出错。
（2）层次化结构
层次化结构是指操作系统由若干模块按照某种逻辑关系进行分层组合而成，各层之间只能单向依赖。优
点是大大地简化了接口的设计，整个系统的正确性由各层次的正确性来保证，易于保证可靠性，也便于维护和移植。
（3）客户/服务器结构
操作系统中只包括一个最小的核心，操作系统的其他功能（如文件服务、进程服务等）由用户进程来实现。优点是服务器以用户进程的形式运行而不是运行于核心态，它们不直接访问硬件，单个服务器的崩溃不会导致整个系统的崩溃，它适用于分布式系统。
（4）对象模式
面向对象的操作系统是按照面向对象思想设计的，具有数据隐藏及消息激活对象等特征。其中，对象是对操作系统管理的信息和资源的抽象，可以被视为受保护的信息或资源的总称。优点是适用于网络操作系统和分布式操作系统中，如Windows NT 、Windows Server 2003、Windows Server 2008都被称为对象操作系统。
（5）对称多处理模式
如果一个操作系统在系统中的所有处理机运行且共享同一内存，这样的系统就是一个对称多处理系统。优点是适合共享存储器结构的多处理机系统，即紧耦合的多处理机系统。
模块化设计的优点1.1.3  进程管理
进程管理也称为处理机管理，该部分功能是操作系统最为重要的部分，所以也是

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