一、操作系統(tǒng)概述

1、操作系統(tǒng)的概念（什么是操作系統(tǒng)）

概念：操作系統(tǒng) (Operating System， 0s) 是指控制和管理整個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的硬件和軟件資源，并合理地組織調(diào)度計(jì)算機(jī)的工作和資源的分配:以提供給用戶(hù)和其他軟件方便的接口和環(huán)境;它是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中最基本的系統(tǒng)軟件。

2、操作系統(tǒng)的功能和目標(biāo)（操作系統(tǒng)要做些什么)

執(zhí)行一個(gè)程序前需要將該程序放到內(nèi)存中，才能被CPU處理。

根據(jù)操作系統(tǒng)的定義，操作系統(tǒng)的三個(gè)特點(diǎn)：1）操作系統(tǒng)是系統(tǒng)資源的管理者、2）向上層提供方便易用的服務(wù)、3）是最接近硬件的一層軟件。分別從操作系統(tǒng)的這三個(gè)特點(diǎn)分析操作系統(tǒng)的功能和目標(biāo)：

1）資源管理者提供的功能：處理機(jī)管理、存儲(chǔ)器管理、文件管理、設(shè)備管理。目標(biāo)：安全、高效

處理機(jī)管理：第一項(xiàng)任務(wù)是處理中斷事件,第二項(xiàng)任務(wù)是處理器調(diào)度,確保在多道程序或多用戶(hù)的情況下,組織多個(gè)作業(yè)或任務(wù)執(zhí)行。

存儲(chǔ)器管理：主要任務(wù)是管理存儲(chǔ)器資源,為多道程序運(yùn)行提供有力的支撐。主要功能包括 存儲(chǔ)分配、存儲(chǔ)共享、存儲(chǔ)保護(hù)、存儲(chǔ)擴(kuò)充。

文件管理：對(duì)系統(tǒng)的信息資源的管理。主要任務(wù)是對(duì)用戶(hù)文件和系統(tǒng)文件進(jìn)行有效管理,實(shí)現(xiàn)按名存取;實(shí)現(xiàn)文件的共享、保護(hù)和保密,保證文件的安全性;提供給用戶(hù)的一套能方便使用文件的操作和命令

設(shè)備管理：主要任務(wù)是管理各類(lèi)外圍設(shè)備,完成用戶(hù)提出的I/O請(qǐng)求,加快I/O信息的傳送速度,發(fā)揮I/O設(shè)備的并行性,提高I/O設(shè)備的利用率,以及提供各種設(shè)備的驅(qū)動(dòng)程序和中斷處理程序,向用戶(hù)屏蔽硬件使用細(xì)節(jié)。有以下功能:提供外圍設(shè)備的控制和處理、提供緩沖區(qū)的管理、提供外圍設(shè)備的分配、提供共享型外圍設(shè)備的驅(qū)動(dòng)、實(shí)現(xiàn)虛擬設(shè)備。

2）向上層提供方便易用的服務(wù)：

主要是采用封裝思想：操作系統(tǒng)把一些丑陋的硬件功能封裝成簡(jiǎn)單易用的服務(wù)，使用戶(hù)能更方便地使用計(jì)算機(jī)，用戶(hù)無(wú)需關(guān)心底層硬件的原理，只需要對(duì)操作系統(tǒng)發(fā)出命令即可。

使用對(duì)象	分類(lèi)	詳細(xì)分類(lèi)	舉例	特點(diǎn)
直接給用戶(hù)使用的	GUI	圖形化用戶(hù)接口	windows、linux、ios圖形化操作界面	用戶(hù)可以使用形象的圖形界面進(jìn)行操作，而不再需要記憶復(fù)雜的命令、參數(shù)。
直接給用戶(hù)使用的	命令接口	聯(lián)機(jī)命令接口（交互式命令接口）	windows-cmd	用戶(hù)說(shuō)一句，系統(tǒng)跟著做一句
直接給用戶(hù)使用的	命令接口	脫機(jī)命令接口(批處理命令接口)	windows的*.bat文件	用戶(hù)說(shuō)一堆，系統(tǒng)跟著做一堆
給軟件/程序員使用的	程序接口	可以在程序中進(jìn)行系統(tǒng)調(diào)用（也稱(chēng)：廣義指令）來(lái)使用程序接口。普通用戶(hù)不能直接使用程序接口，只能通過(guò)程序代碼間接使用。	寫(xiě)C語(yǔ)言“Hello world”程序時(shí)，在printf 函數(shù)的底層就使用到了操作系統(tǒng)提供的顯式相關(guān)的“系統(tǒng)調(diào)用”

?命令接口和程序接口統(tǒng)稱(chēng)為：用戶(hù)接口

3）作為最接近軟件的層次：實(shí)現(xiàn)對(duì)硬件機(jī)器的擴(kuò)展

• 裸機(jī)：沒(méi)有任何軟件支持的計(jì)算機(jī)成為。

• 虛擬機(jī)（擴(kuò)充機(jī)器）：覆蓋了軟件的機(jī)器。

• 在裸機(jī)上安裝的操作系統(tǒng)，可以提供資源管理功能和方便用戶(hù)的服務(wù)功能，將裸機(jī)改造成功能更強(qiáng)、使用更方便的機(jī)器。

• 操作系統(tǒng)對(duì)硬件機(jī)器的拓展：將CPU、內(nèi)存、磁盤(pán)、顯示器、鍵盤(pán)等硬件合理地組織起來(lái)，讓各種硬件能夠相互協(xié)調(diào)配合，實(shí)現(xiàn)更多更復(fù)雜的功能。

• 普通用戶(hù)無(wú)需關(guān)心這些硬件在底層是怎么組織起來(lái)工作的，只需直接使用操作系統(tǒng)提供的接口即可。

3、操作系統(tǒng)的4個(gè)特征

并發(fā)和共享為兩個(gè)最基本的特征，互為存在條件

1）并發(fā)

• 并發(fā)：指兩個(gè)或多個(gè)事件在同一時(shí)間間隔內(nèi)發(fā)生。這些事件宏觀(guān)上是同時(shí)發(fā)生的，但微觀(guān)上是交替發(fā)生的。

• 并行：指兩個(gè)或多個(gè)事件在同一時(shí)刻同時(shí)發(fā)生。

• 注意（重要考點(diǎn)）：

  單核CPU同一時(shí)刻只能執(zhí)行一個(gè)程序，各個(gè)程序只能并發(fā)地執(zhí)行。

  多核CPU同一時(shí)刻可以同時(shí)執(zhí)行多個(gè)程序，多個(gè)程序可以并行地執(zhí)行。

2）共享

• 共享即資源共享，是指系統(tǒng)中的資源可供內(nèi)存中多個(gè)并發(fā)執(zhí)行的進(jìn)程共同使用。

• 互斥共享方式（如攝像頭設(shè)備的共享使用）：系統(tǒng)中的某些資源，雖然可以提供給多個(gè)進(jìn)程使用，但一個(gè)時(shí)間段內(nèi)只允許一個(gè)進(jìn)程訪(fǎng)問(wèn)該資源。

• 同時(shí)共享方式（如硬盤(pán)資源的共享使用）：系統(tǒng)中的某些資源，允許一個(gè)時(shí)間段內(nèi)由多個(gè)進(jìn)程“同時(shí)”對(duì)它們進(jìn)行訪(fǎng)問(wèn)，所謂的“同時(shí)”往往是宏觀(guān)上的，而在微觀(guān)上，這些進(jìn)程可能是交替地對(duì)該資源進(jìn)行訪(fǎng)問(wèn)的（即分時(shí)共享）。

3）并發(fā)與共享的關(guān)系

• 并發(fā)性指計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中同時(shí)存在著多個(gè)運(yùn)行著的程序。

• 共享性是指系統(tǒng)中的資源可供內(nèi)存中多個(gè)并發(fā)執(zhí)行的進(jìn)程共同使用。

• 如果失去并發(fā)性，則系統(tǒng)中只有一個(gè)程序正在運(yùn)行，則共享性失去存在的意義。

• 如果失去共享性，則QQ和微信不能同時(shí)訪(fǎng)問(wèn)硬盤(pán)資源，就無(wú)法實(shí)現(xiàn)同時(shí)發(fā)送文件，也就無(wú)法并發(fā)。

4）虛擬

• 虛擬是指把一個(gè)物理上的實(shí)體變?yōu)槿舾蓚€(gè)邏輯上的對(duì)應(yīng)物。物理實(shí)體（前者）是實(shí)際存在的，而邏輯上對(duì)應(yīng)物（后者）是用戶(hù)感受到的。

• 空分復(fù)用技術(shù)（如虛擬存儲(chǔ)技術(shù)）：一種多租戶(hù)的虛擬化方式，通過(guò)共享未使用的物理資源，提供多個(gè)虛擬機(jī)的資源隔離，有效地提高了物理資源的利用率。

• 時(shí)分復(fù)用技術(shù)（如虛擬處理技術(shù)）：微觀(guān)上處理機(jī)在各個(gè)微小的時(shí)間段內(nèi)交替著為各個(gè)進(jìn)程服務(wù)

5）異步

• 異步是指，在多道程序環(huán)境下，允許多個(gè)程序并發(fā)執(zhí)行，但由于資源有限，進(jìn)程的執(zhí)行不是一貫到底的，而是走走停停，以不可預(yù)知的速度向前推進(jìn)，這就是進(jìn)程的異步性。

• 由于并發(fā)運(yùn)行的程序會(huì)爭(zhēng)搶著使用系統(tǒng)資源，而系統(tǒng)中的資源有限，因此進(jìn)程的執(zhí)行不是一貫到底的，而是走走停停的，以不可預(yù)知的速度向前推進(jìn)如果失去了并發(fā)性，即系統(tǒng)只能串行地運(yùn)行各個(gè)程序，那么每個(gè)程序的執(zhí)行會(huì)一貫到底。只有系統(tǒng)擁有并發(fā)性，才有可能導(dǎo)致異步性。

4、操作系統(tǒng)的發(fā)展與分類(lèi)

1）手工操作階段

工作方式：程序員需要在紙帶上打孔，有孔代表1，無(wú)孔代表0，然后將紙帶放入紙帶機(jī)識(shí)別，識(shí)別完成后再將數(shù)據(jù)輸入計(jì)算機(jī)處理.

主要缺點(diǎn)：用戶(hù)獨(dú)占全機(jī)、人機(jī)速度矛盾導(dǎo)致資源利用率極低。

2）批處理操作階段

• 單道批處理 （為了解決手工操作階段缺點(diǎn)，人們引入了 脫機(jī)輸入/輸出 技術(shù)，并監(jiān)督程序負(fù)責(zé)控制作業(yè)的輸入/出。）

  工作方式：將數(shù)據(jù)錄入至磁帶，再識(shí)別磁帶，使得效率提升。

優(yōu)點(diǎn)：緩解一定程度的人機(jī)速度矛盾，資源利用率有所提升。

缺點(diǎn)：內(nèi)存中僅有一道程序運(yùn)行，只有在該程序全部運(yùn)行完后才能調(diào)入下一程序。CPU有大量的時(shí)間是在空閑等待輸入/出完成，資源利用率依然很低。

• 多道批處理（操作系統(tǒng)開(kāi)始出現(xiàn)! 為解決單道批處理問(wèn)題，人們引入了 中斷技術(shù)，使得各個(gè)程序并發(fā)執(zhí)行，每次往內(nèi)存中輸入多道程序）

工作方式：每次向操作系統(tǒng)中讀入多道程序。

優(yōu)點(diǎn)：多道程序并發(fā)執(zhí)行，共享計(jì)算機(jī)資源。資源利用率大幅提升，CPU和其他資源更能保持“忙碌”狀態(tài)，系統(tǒng)吞吐量增大。

缺點(diǎn)：用戶(hù)響應(yīng)時(shí)間長(zhǎng)，沒(méi)有人機(jī)交互功能（用戶(hù)提交自己的作業(yè)之后就只能等待計(jì)算機(jī)處理完成，中間不能控制自己的作業(yè)執(zhí)行。eg：無(wú)法調(diào)試程序/無(wú)法在程序運(yùn)行過(guò)程中輸入一些參數(shù)）

3）分時(shí)操作系統(tǒng)

工作方式：計(jì)算機(jī)以時(shí)間片為單位輪流為各個(gè)用戶(hù)/作業(yè)服務(wù)，各個(gè)用戶(hù)可通過(guò)終端與計(jì)算機(jī)進(jìn)行交互。

主要優(yōu)點(diǎn)：用戶(hù)請(qǐng)求可以被即時(shí)響應(yīng)，解決了人機(jī)交互問(wèn)題。允許多個(gè)用戶(hù)同時(shí)使用一臺(tái)計(jì)算機(jī)，并且用戶(hù)對(duì)計(jì)算機(jī)的操作相互獨(dú)立，感受不到別人的存在。

缺點(diǎn)：不能優(yōu)先處理一些緊急任務(wù)。操作系統(tǒng)對(duì)各個(gè)用戶(hù)/作業(yè)都是完全公平的，循環(huán)地為每個(gè)用戶(hù)/作業(yè)服務(wù)一個(gè)時(shí)間片，不區(qū)分任務(wù)的緊急性。

4）實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)

工作方式：計(jì)算機(jī)系統(tǒng)接收到外部信號(hào)后及時(shí)進(jìn)行處理，并且要在嚴(yán)格的時(shí)限內(nèi)處理完事件。

實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)的主要特點(diǎn)：及時(shí)性和可靠性

主要優(yōu)點(diǎn)：能夠優(yōu)先響應(yīng)一些緊急任務(wù)，某些緊急任務(wù)不需時(shí)間片排隊(duì)。

• 硬實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)

特點(diǎn)：必須在絕對(duì)嚴(yán)格的規(guī)定時(shí)間內(nèi)完成

舉例：絕對(duì)嚴(yán)格的規(guī)定時(shí)間（如導(dǎo)彈、自動(dòng)駕駛）

• 軟實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)

特點(diǎn)：能夠接收偶爾的違反規(guī)定

舉例：允許偶爾違反（12306火車(chē)訂票）

5）網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)

把網(wǎng)絡(luò)中各個(gè)計(jì)算機(jī)有機(jī)地結(jié)合起來(lái)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳送等功能，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)中各種資源的共享（如文件共享）和各臺(tái)計(jì)算機(jī)之間的通信。（如：Windows NT 就是一種典型的網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)，網(wǎng)站服務(wù)器就可以使用

6）分布式操作系統(tǒng)

主要特點(diǎn)：分布性和并行性。

系統(tǒng)中的各臺(tái)計(jì)算機(jī)地位相同，任何工作都可以分布在這些計(jì)算機(jī)上，由它們并行、協(xié)同完成這個(gè)任務(wù)

7）個(gè)人計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)

如 Windows XP、MacOS，方便個(gè)人使用文章來(lái)源地址http://www.zghlxwxcb.cn/news/detail-501409.html

到了這里，關(guān)于第一章 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的概述①的文章就介紹完了。如果您還想了解更多內(nèi)容，請(qǐng)?jiān)谟疑辖撬阉鱐OY模板網(wǎng)以前的文章或繼續(xù)瀏覽下面的相關(guān)文章，希望大家以后多多支持TOY模板網(wǎng)！