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、方便易用的命令或系统调用

  • 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