【操作系统】概述-优快云博客

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1. 操作系统的定义

1.1 基本概念

操作系统（Operating System，简称 OS）是管理计算机硬件与软件资源的计算机程序，同时它也是计算机系统的内核与基石。它负责协调计算机各个组件之间的工作，为用户和其他软件提供一个方便、高效且稳定的运行环境。例如，当我们在电脑上同时打开多个程序，如浏览器、办公软件、音乐播放器等，操作系统就会合理分配 CPU 时间、内存空间等资源，确保这些程序都能正常运行，不至于出现某个程序独占资源而其他程序无法工作的情况。

1.2 所处位置

在计算机系统的层次结构中，操作系统处于硬件和应用软件之间。它直接与计算机硬件交互，对硬件资源进行抽象和管理，然后为上层的各种应用软件提供统一的接口，使得应用软件开发者无需深入了解硬件的具体细节就能开发出功能强大的软件。

2. 操作系统的功能

2.1 处理器管理

2.1.1 进程管理

进程是正在运行的程序的实例，操作系统要负责创建、撤销进程，以及对进程的状态进行转换（如就绪、运行、阻塞等状态）。例如，在多任务操作系统中，当我们从运行一个文字处理软件切换到浏览网页时，操作系统会暂停文字处理软件对应的进程，将 CPU 资源分配给浏览器对应的进程，这个过程就是操作系统对进程状态进行管理和调度的体现。

2.1.2 线程管理

线程是进程中的执行单元，一个进程可以包含多个线程。操作系统要协调各个线程之间对资源的共享和并发执行，以提高程序的执行效率。比如在一个视频编辑软件中，一个线程可以负责读取视频文件，另一个线程负责对视频进行特效处理，操作系统要合理安排这些线程的执行顺序和时间分配。

2.2 存储器管理

操作系统要对内存进行分配和回收，确保各个程序都能获得合适的内存空间来存放数据和代码。它采用多种内存管理方式，像分区存储管理、分页存储管理、分段存储管理等。例如，当我们打开多个应用程序时，操作系统会动态地为新打开的程序分配内存空间，如果某个程序关闭了，操作系统又会回收其占用的内存，以便分配给其他需要的程序。

2.3 设备管理

操作系统要管理计算机的各种外部设备，如打印机、键盘、鼠标、显示器、硬盘等。它需要为设备驱动程序提供统一的接口，实现设备的初始化、数据传输、中断处理等功能。比如当我们按下键盘上的按键时，键盘会产生一个中断信号发送给操作系统，操作系统会识别这个信号对应的按键字符，并将其传递给当前正在运行的应用程序进行相应处理。

2.4 文件管理

操作系统提供文件系统来管理计算机中的文件和目录。它负责文件的创建、删除、读写、检索等操作，同时还对文件的存储空间进行管理，例如把文件存储在磁盘的合适位置，并记录文件的相关属性（如文件名、大小、创建时间等）。我们日常在电脑上进行文件的复制、粘贴、删除以及通过搜索功能查找文件等操作，都是在操作系统的文件管理功能支持下完成的。

2.5 用户接口

操作系统为用户提供了多种接口方式，方便用户与计算机进行交互。

2.5.1 命令行接口

用户通过输入特定的命令来操作计算机，比如在 Linux 操作系统中，使用“ls”命令可以列出当前目录下的文件和目录列表，“mkdir”命令可以创建新的目录等。命令行接口对于熟悉操作系统命令的专业用户来说，可以高效地完成各种复杂操作。

2.5.2 图形用户接口（GUI）

通过可视化的界面元素，如窗口、菜单、图标、按钮等，让普通用户能够方便快捷地操作计算机。像 Windows 操作系统中，我们可以通过鼠标点击“开始”菜单来启动程序，通过拖动窗口来调整程序的显示位置等，这种方式更加直观、易用。

3. 操作系统的分类

3.1 按用户数分类

3.1.1 单用户操作系统

这种操作系统一次只能供一个用户使用，常见于早期的个人计算机上，如早期的 DOS 操作系统，它主要满足单个用户使用计算机完成一些基本任务，如文字处理、简单的编程等。

3.1.2 多用户操作系统

可以同时支持多个用户通过终端设备连接到计算机主机上进行操作，像 UNIX、Linux 等操作系统常用于服务器环境，多个用户可以远程登录到服务器上，各自进行不同的工作，操作系统会对各个用户的资源使用情况进行合理分配和管理。

3.2 按任务处理方式分类

3.2.1 单任务操作系统

在某一时刻只能执行一个任务，只有当前任务完成后才能执行下一个任务，例如早期的一些嵌入式操作系统，它的功能相对简单，专注于完成特定的、单一的任务，如控制一个简单的工业设备等。

3.2.2 多任务操作系统

能够同时运行多个任务，通过操作系统的调度机制，让多个任务在 CPU 上交替执行，给用户一种多个任务同时进行的感觉，如常见的 Windows、Linux、macOS 等操作系统，我们可以一边听音乐、一边写文档、一边下载文件等，这些任务都是并发执行的。

3.3 按操作系统的使用环境分类

3.3.1 桌面操作系统

主要安装在个人计算机上，供普通用户日常办公、娱乐等使用，像 Windows 操作系统凭借其良好的兼容性和丰富的应用软件生态，在桌面操作系统市场占据很大份额，还有 macOS 操作系统以其简洁美观、稳定高效等特点深受一些创意工作者和苹果产品用户的喜爱，Linux 的一些桌面发行版（如 Ubuntu、Fedora 等）也有一定的用户群体，尤其是一些技术爱好者。