【操作系统1】一篇文章便可入门操作系统

news2024/12/17 8:25:52

操作系统 (Operating System,OS)是一种系统软件，它负责管理计算机的硬件和软件资源。它的主要任务是组织和调度计算机的工作，并分配资源给用户和其他软件。操作系统为用户和软件提供了方便的接口和环境。它是计算机系统中最基本的软件之一。

一、操作系统的目标和功能

1、操作系统作为计算机系统资源的管理者

(1)处理机管理
        在多道程序环境下，进程(或线程)是处理机分配和运行的基本单位。因此，对处理机的管理就是对进程的管理，主要包括进程控制、进程同步、进程通信、死锁处理和调度。进程管理的主要任务是决定进程的创建和撤销时间，管理进程，避免冲突，并实现资源的合理共享。
(2)存储器管理
        给多道程序运行提供环境，方便用户使用，提高内存利用率。包括内存分配与回收、地址映射、内存保护与共享和内存扩充等功能。
(3)文件管理
        操作系统中负责文件管理的部分称为文件系统。包括文件存储空间的管理、目录管理及文件读写管理和保护等。
(4)设备管理
        完成用户的/O请求，方便用户使用各种设备，提高设备的利用率。包括缓冲管理、设备分配、设备处理和虚拟设备等功能。

写个例子：用QQ和朋友视频聊天的过程
Step 1:在各个文件夹中找到 QQ安装的位置(如 D:/Tencent/xx/Bin)
Step 2:双击打开 QQ.exe
Step 3:QQ程序正常运行
Step 4:开始和朋友视频聊天

上述四个步骤具体分析如下：

Step 1:逐层打开文件夹，找到aa.exe这个程序(可执行文件)的存放位置——文件管理

Step 2:需要把该程序相关数据放入内存——存储器管理

Step 3:对应的进程被处理机(CPU)处理——处理机管理

Step 4:需要将摄像头设备分配给进程——设备管理

2、操作系统作为用户与计算机硬件系统之间的接口

操作系统提供的接口主要分为两类：

一类是命令接口，用户利用这些操作命令来组织和控制作业的执行，另一类是程序接口，编程人员可以使用它们来请求操作系统服务。

(1）命令接口

使用命令接口进行作业控制的主要方式有两种，即联机控制方式和脱机控制方式。按作业控制方式的不同，可将命令接口分为联机命令接口和脱机命令接口。

联机命令接口又称交互式命令接口，本接口适用于分时或实时操作系统。当用户输入一条命令后，控制权将移交给操作系统的命令解释程序。该程序负责解释并执行用户输入的命令，以完成相应的功能。操作完成后，用户可以继续输入下一条命令。

脱机命令接口又称批处理命令接口，适用于批处理系统，它由一组作业控制命令组成。脱机用户无法直接干预作业的运行，而应事先用相应的作业控制命令写成一份作业操作说明书，连同作业一起提交给系统。当系统调度到该作业时，由系统中的命令解释程序逐条解释执行作业说明书上的命令，从而间接地控制作业的运行。

(2 ) 程序接口

程序接口，也称为应用程序编程接口（API），由一组系统调用（或广义指令）组成。目前，图形用户界面（GUI）是最为流行的用户接口类型。GUI通过调用底层的程序接口来实现其功能，用户可以通过鼠标点击、键盘输入或者使用快捷键与图形界面进行互动，从而便捷地利用操作系统提供的服务。

3、操作系统实现了对硬件机器的扩展

操作系统所提供的资源管理功能和方便用户的各种服务功能，将裸机改造成功能更强、使用更方便的机器；因此，我们通常将覆盖了软件的机器称为扩充机器或虚拟机。将CPU、内存、磁盘、显示器、键盘等硬件合理地组织起来，让各种硬件能够相互协调配合，实现更多更复杂的功能。

二、操作系统的特征

并发（Concurrency）：并发指两个或多个事件在同一时间间隔内发生。在多道程序环境下，内存装有多道程序，一道程序因 I/O 操作暂停时，CPU 有空档，系统就调度其他程序交替运行，让 CPU 保持忙碌，通过分时实现。以生活举例，9:00 - 10:00 间，9:00 - 9:10 吃面包，9:10 - 9:20 写字，9:20 - 9:30 吃面包，9:30 - 10:00 写字，这段时间里吃面包和写字就是并发，交替开展。并行是同一时刻能完成两种或两种以上工作。好比 9:00 - 10:00 期间，右手写字同时左手吃面包，同一时刻同步动作。
在单核cpu环境下，宏观有多道程序看似同时执行，微观是分时交替，靠分时实现并发。而 CPU 与 I/O 设备、I/O 设备间可真正并行。实现进程并行需多流水线、多处理机等硬件支持。引入进程，目的之一就是实现程序并发执行，提升系统效率与资源利用率。
在多核cpu环境下，同时能进行多个程序的执行，多个程序可以并行的执行。
共享（Sharing）：系统资源供多个并发进程共用，分互斥共享（如打印机、磁带机等临界资源，一段时间只许一进程访问，需先申请，用完释放）与同时访问（像磁盘设备、部分重入代码文件，宏观 “同时”、微观 “分时”）。
虚拟（Virtual）：借助虚拟技术把物理实体变逻辑对应物，含时分复用（虚拟处理器，多道程序分时用一处理器，让用户似有专属 CPU）、空分复用（虚拟存储器扩充逻辑容量，虚拟设备将物理 I/O 设备虚拟为多台逻辑设备供多用户用）。
异步（Asynchronism）：多道程序下进程并发但因资源有限走走停停、推进速度不可知，运行环境随机，虽可能出与时间有关错误，但相同环境须保多次运行结果一致。