本文用于记录学习W3schools的操作系统教程，该教程的部分内容比较难懂，所以也参考了其他文章。

一、操作系统概括

操作系统：
计算机系统可以分为计算机用户、应用软件、系统软件、计算机硬件。操作系统属于系统软件，它是计算机用户和硬件的接口，使应用程序能够管理硬件和软件资源。

通用架构图

常见的操作系统：
Windows、Linux、MacOS、iOS、Android。

内核：包含操作系统核心组件的软件。

操作系统的重要功能：

1. 内存管理。内存是由字或字节组成的大数组。内存可以由CPU直接访问，要执行的程序必须在内存中。内存管理指的是对内存进行管理，包括：跟踪内存(被使用的是哪些程序、哪些还未使用)、决定哪个进程在何时获得多少内存、进程不需要或终止时取消内存分配。
2. 处理器管理(进程调度)。决定哪个进程在何时、多长时间获得处理器。包括跟踪处理器与进程的状态(交通控制器)、分配处理器、取消分配。
3. 设备管理。用I/O控制器来跟踪所有设备、决定哪个进程获取设备以及获取时间、分配设别的方式、取消分配。
4. 文件管理。文件系统通常被组织成目录。文件管理包括：文件系统(跟踪信息、位置、用途、状态)、决定谁获取资源、重新分配资源。
5. 其它。安全访问、性能记录、作业监听等。

二、操作系统的8个组件

1 流程管理

进程：处于运行状态的程序。进程需要资源(CPU、内存、文件、IO设备)。
操作系统在流程管理中的活动：

1. 进程的创建、加载、执行、暂停、恢复、终止
2. 多进程切换
3. 进程间通信
4. 提供同步机制。保证共享数据的并发访问
5. 避免死锁

2 I/O设备管理

目的：令主机和设备并行工作，提高设备使用效率。对设备进行抽象，屏蔽设备的物理细节和操作过程，配置驱动程序，提供统一界面，供用户或高层软件使用。
操作系统在I/O设备管理中的活动：

1. 设备中断处理
2. 缓冲区管理
3. 设备的分配与取消分配
4. 设备驱动调度
5. 实现虚拟设备

3 文件管理

计算机存储信息的几种物理形式：磁带、磁盘、鼓。
文件：一组相关信息，是位、字节或行的序列。通常被组织到目录以方便使用。
操作系统在文件管理中的活动：

1. 文件创建和删除
2. 目录创建和删除
3. 支持操作文件和目录的原语
4. 将文件映射到辅助存储中
5. 备份到稳定存储介质

4 网络管理

网络管理是保持网络健康以在不同计算机之间进行有效通信的过程。

5 内存管理

内存管理的主要动机是最大化计算机系统上的内存利用率。
操作系统在内存管理中的活动：

1. 跟踪内存的使用情况和使用者
2. 内存可用时决定加载哪些进程
3. 分配和释放内存

6 磁盘管理(辅助存储管理)

计算机执行程序时，需要访问数据和程序，然后在主存储器中执行。由于主存储器太小，所以需要辅助存储来备份数据和程序，一般都是存储在磁盘上，然后内存去访问磁盘并将最终的结果存储在磁盘。
操作系统在磁盘管理中的活动：

1. 空闲空间管理
2. 存储分配
3. 磁盘调度

7 安全管理

操作系统中的各个进程不能互相干扰彼此活动，所以需要各种机制来确定各进程对各种资源的访问权限。
安全管理是一种机制，用于控制程序、进程、用户对资源的访问。

8 命令解释系统

命令解释器是用户和系统之间的主要接口，为用户提供方便的编程环境。例如shell，用户通过输入命令来控制系统内核。
图源

三、操作系统类型

1 批处理操作系统

用户和作业之间没有交互性。 为了加快处理速度，具有相似需求的作业被分批处理并作为一个组运行。
问题：

1. 用户与作业缺乏互动
2. 由于机械I/O的毒素慢于CPU，所以CPU空闲时间长。
3. 难以提供所需的优先级

2 分时操作系统

使位于不同终端的许多人能够同时使用特定计算机系统。CPU通过在多个程序之间切换来执行多个作业，使得用户可以快速收到响应。
分时：多个用户同时共享处理器的时间。
优点：

1. 快速响应
2. 减少CPU空闲时间

问题：

1. 可靠性问题
2. 程序和数据的安全性问题
3. 数据通信问题

3 分布式操作系统

分布式系统是由一组通过网络进行通信、为了完成共同的任务而协调工作的计算机节点组成的系统。它使一组节点看起来像是一台计算机。
节点间的协调需要中间件。中间件负责屏蔽异构型、协调计算机之间的通信和资源共享。
优点：

1. 1个节点的用户可以使用另一个节点的资源
2. 节点间可以进行数据交换
3. 如果一个节点有故障，其余节点一般仍然可以运行
4. 减少主机负载
5. 减少数据处理延迟

4 网络操作系统

网络操作系统在服务器上运行，并提供与网络相关的功能。例如给远程客户端提供本地服务。
优点：

1. 集中式服务器高度稳定
2. 安全性由服务器管理
3. 新技术和硬件升级可以轻松集成到系统中
4. 可以远程访问服务器
   缺点：
5. 购买和运行服务器的成本高

5 实时操作系统

实时操作系统又称即时操作系统，它的最大特点是实时性，需要保证在严格的时间限制内响应事件。分2种：

1. 硬实时系统：保证关键任务按时完成，数据存储在ROM中，基本上无虚拟内存。
2. 软实时系统：限制较少，多数情况下能够在规定时间内完成任务，但偶尔会超时。正确性会下降。
   图源
   

四、操作系统提供的服务