操作系统课程简介

什么是系统

由一群有关联的组件/部件/模块/个体组成，根据某种规则运作，能完成单个组件不能单独完成的工作的群体/整体。

系统特征

• 系统是复杂的
  • 不同组件之间需要交互
  • 各个组件本身也很复杂
• 系统设计是多目标的
• 系统工作与理论工作
  • 理论工作：寻找极限
  • 系统工作：追求均衡/协调
  • 在实现系统前先明确系统设计目标

什么是操作系统

操作系统是应用和硬件之间的一层软件。

• 对底层硬件进行管理、实现共享且保证隔离
• 对上层软件提供硬件抽象、实现共用功能和操作接口

操作系统能做什么

• 运行一个或多个程序
• 提供抽象与接口（例如输入和输出、使用硬件资源等）
• CPU、内存等的资源使用、管理与隔离
• 数据持久化与存储设备管理
• 并发访问控制（控制多个程序访问相同资源时的正确性）
• 保证操作系统不因为一个用户程序的崩溃而崩溃
• 将数据传递给远程的计算机
• 虚拟机和容器技术
• 保护数据的安全等

操作系统的发展

• 大型机
  • 1954——IBM 701计算机
    • OS作为一个通用函数库
    • 用户提交程序，运行完后切换下一个用户
  • 1959——IBM 709计算机
    • 支持批处理
• 小型机
  • 1960s
    • 支持多个程序并行
    • CPU、内存和存储资源共享与隔离
  • 1965——Mulitics 和 1974——UNIX
    • 分时操作系统（Time-sharing OS），使用Round-Robin算法。
• 个人计算机
  • Alto OS
    • GUI
    • 以太网
    • 文件系统
    • 顺序执行的单用户系统
  • DOS Linux MacOS Windows
• 集群
  • 网络连接的计算机
  • 商用操作系统+分布式框架（MapReduce、Spark）
• 云计算
  • 数据中心是一台计算机，按需分配资源
  • Mesos和Kubernetes作为数据中心的操作系统
• 物联网
  • 嵌入式OS（RT-Thread，LiteOS）
  • 移动端OS（iOS，Android）

如何学好操作系统

理论联系实际，不断地阅读代码和开发代码

讲授内容

• 操作系统结构
• 处理器：进程、线程和中断
• 并发：同步、通信
• 内存：虚存管理
• 设备：驱动
• 存储：文件系统