一、操作系统概述

1、操作系统的概念（什么是操作系统）

概念：操作系统 (Operating System， 0s) 是指控制和管理整个计算机系统的硬件和软件资源，并合理地组织调度计算机的工作和资源的分配:以提供给用户和其他软件方便的接口和环境;它是计算机系统中最基本的系统软件。

2、操作系统的功能和目标（操作系统要做些什么)

执行一个程序前需要将该程序放到内存中，才能被CPU处理。

根据操作系统的定义，操作系统的三个特点：1）操作系统是系统资源的管理者、2）向上层提供方便易用的服务、3）是最接近硬件的一层软件。分别从操作系统的这三个特点分析操作系统的功能和目标：

1）资源管理者提供的功能：处理机管理、存储器管理、文件管理、设备管理。目标：安全、高效

处理机管理：第一项任务是处理中断事件,第二项任务是处理器调度,确保在多道程序或多用户的情况下,组织多个作业或任务执行。

存储器管理：主要任务是管理存储器资源,为多道程序运行提供有力的支撑。主要功能包括存储分配、存储共享、存储保护、存储扩充。

文件管理：对系统的信息资源的管理。主要任务是对用户文件和系统文件进行有效管理,实现按名存取;实现文件的共享、保护和保密,保证文件的安全性;提供给用户的一套能方便使用文件的操作和命令

设备管理：主要任务是管理各类外围设备,完成用户提出的I/O请求,加快I/O信息的传送速度,发挥I/O设备的并行性,提高I/O设备的利用率,以及提供各种设备的驱动程序和中断处理程序,向用户屏蔽硬件使用细节。有以下功能:提供外围设备的控制和处理、提供缓冲区的管理、提供外围设备的分配、提供共享型外围设备的驱动、实现虚拟设备。

2）向上层提供方便易用的服务：

主要是采用封装思想：操作系统把一些丑陋的硬件功能封装成简单易用的服务，使用户能更方便地使用计算机，用户无需关心底层硬件的原理，只需要对操作系统发出命令即可。

使用对象	分类	详细分类	举例	特点
直接给用户使用的	GUI	图形化用户接口	windows、linux、ios图形化操作界面	用户可以使用形象的图形界面进行操作，而不再需要记忆复杂的命令、参数。
直接给用户使用的	命令接口	联机命令接口（交互式命令接口）	windows-cmd	用户说一句，系统跟着做一句
直接给用户使用的	命令接口	脱机命令接口(批处理命令接口)	windows的*.bat文件	用户说一堆，系统跟着做一堆
给软件/程序员使用的	程序接口	可以在程序中进行系统调用（也称：广义指令）来使用程序接口。普通用户不能直接使用程序接口，只能通过程序代码间接使用。	写C语言“Hello world”程序时，在printf 函数的底层就使用到了操作系统提供的显式相关的“系统调用”

命令接口和程序接口统称为：用户接口

3）作为最接近软件的层次：实现对硬件机器的扩展

裸机：没有任何软件支持的计算机成为。
虚拟机（扩充机器）：覆盖了软件的机器。
在裸机上安装的操作系统，可以提供资源管理功能和方便用户的服务功能，将裸机改造成功能更强、使用更方便的机器。
操作系统对硬件机器的拓展：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。
普通用户无需关心这些硬件在底层是怎么组织起来工作的，只需直接使用操作系统提供的接口即可。

3、操作系统的4个特征

并发和共享为两个最基本的特征，互为存在条件

1）并发

并发：指两个或多个事件在同一时间间隔内发生。这些事件宏观上是同时发生的，但微观上是交替发生的。
并行：指两个或多个事件在同一时刻同时发生。
注意（重要考点）：

单核CPU同一时刻只能执行一个程序，各个程序只能并发地执行。

多核CPU同一时刻可以同时执行多个程序，多个程序可以并行地执行。

2）共享

共享即资源共享，是指系统中的资源可供内存中多个并发执行的进程共同使用。
互斥共享方式（如摄像头设备的共享使用）：系统中的某些资源，虽然可以提供给多个进程使用，但一个时间段内只允许一个进程访问该资源。
同时共享方式（如硬盘资源的共享使用）：系统中的某些资源，允许一个时间段内由多个进程“同时”对它们进行访问，所谓的“同时”往往是宏观上的，而在微观上，这些进程可能是交替地对该资源进行访问的（即分时共享）。

3）并发与共享的关系

并发性指计算机系统中同时存在着多个运行着的程序。
共享性是指系统中的资源可供内存中多个并发执行的进程共同使用。
如果失去并发性，则系统中只有一个程序正在运行，则共享性失去存在的意义。
如果失去共享性，则QQ和微信不能同时访问硬盘资源，就无法实现同时发送文件，也就无法并发。

4）虚拟

虚拟是指把一个物理上的实体变为若干个逻辑上的对应物。物理实体（前者）是实际存在的，而逻辑上对应物（后者）是用户感受到的。
空分复用技术（如虚拟存储技术）：一种多租户的虚拟化方式，通过共享未使用的物理资源，提供多个虚拟机的资源隔离，有效地提高了物理资源的利用率。
时分复用技术（如虚拟处理技术）：微观上处理机在各个微小的时间段内交替着为各个进程服务

5）异步

异步是指，在多道程序环境下，允许多个程序并发执行，但由于资源有限，进程的执行不是一贯到底的，而是走走停停，以不可预知的速度向前推进，这就是进程的异步性。
由于并发运行的程序会争抢着使用系统资源，而系统中的资源有限，因此进程的执行不是一贯到底的，而是走走停停的，以不可预知的速度向前推进如果失去了并发性，即系统只能串行地运行各个程序，那么每个程序的执行会一贯到底。只有系统拥有并发性，才有可能导致异步性。