操作系统概述

操作系统是什么

操作系统是计算机系统中的一个系统软件,是一些程序模块的集合

  • 它们能以尽量有效、合理的方式组织和管理计算机的软硬件资源

  • 合理地组织计算机的工作流程,控制程序的执行并向用户提供各种服务功能

  • 使得用户能够灵活、方便地使用计算机,使整个计算机系统高效率运行

操作系统的作用

  • 资源的管理者

    • 资源类型

      • 硬件资源:CPU,内存,设备(I/O设备、磁盘、时钟、网卡等)

      • 软件资源:磁盘上的文件、各类管理信息等

    • 五大功能

      • 进程/线程管理(CPU管理)

        • 进程线程状态、控制、同步互斥、通信、调度、……

      • 存储管理

        • 分配/回收、地址转换、存储保护、内存扩充、……

      • 文件管理

        • 文件目录、文件操作、磁盘空间、文件存取控制、……

      • 设备管理

        • 设备驱动、分配回收、缓冲技术、……

      • 用户接口

        • 系统命令、编程接口

  • 向用户提供各种服务

    • 用户角度来看

      • 操作系统为用户提供了一组功能强大、方便易用的命令系统调用

    • 典型的服务

      • 进程的创建、执行;文件和目录的操作;I/O设备 的使用;各类统计信息;……

  • 对硬件机器的扩展

    • 操作系统是硬件之上的第一层软件

    • 操作系统在应用程序与硬件之间建立了一个等价的扩展机器(虚拟机)

    • 对硬件抽象,提高可移植性;比底层硬件更容易编程

操作系统的主要特征

  • 并发(concurrency):指处理多个同时性活动的能力

    • 在运行于单 CPU 的计算机系统中同时存在多个程序运行

      • 宏观上:这些程序同时在执行

      • 微观上:任何时刻只有一个程序真正在执行,即这些程序在 CPU 上是轮流执行的

    • 并行(parallel):与并发相似,但多指不同程序同时在多 个硬件部件上执行

  • 共享(sharing): 操作系统与多个用户的程序共同使用计算机系统 中的资源(共享有限的系统资源)

    • 操作系统要对系统资源进行合理分配和使用

    • 资源在一个时间段内交替被多个进程所用

    • 互斥共享(如打印机)

    • 同时共享(如可重入代码、磁盘文件)

  • 虚拟(virtual):

    • 一个物理实体映射为若干个对应的逻辑实体--分时或分空间

    • 虚拟是操作系统管理系统资源的重要手段,可提高资源利用率

    • CPU--每个进程的“虚处理机”

    • 存储器--每个进程都有独立的虚拟地址空间(代码+数据+堆栈)

    • 显示设备--多窗口或虚拟终端

  • 随机:操作系统必须随时对以不可预测的次序发生的事件进行响应并处理

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