操作系统学习笔记 | 1. 操作系统概述

操作系统学习笔记 | 1. 操作系统概述

什么是操作系统

• • 从用户角度来看：操作系统是一种控制软件

• • • 管理应用程序
  • • 为应用程序提供服务
  • • 结束（杀死）应用程序

• • 从系统内部角度来看：操作系统是一个资源分配器

• • • 负责资源管理
  • • 管理外设，分配计算机资源

操作系统站在管理者的角度，为应用程序和底层硬件提供管理和控制功能。

操作系统层次

操作系统将硬件资源抽象化，向应用程序提供统一的服务：

• • 将 CPU 资源抽象为进程
• • 将 磁盘 资源抽象为文件
• • 将 内存 资源抽象为地址空间

操作系统位于硬件之上、应用程序之下，为应用软件提供支持和服务。

操作系统作为软件，提供两类主要接口：

• • Shell（外壳）：为外部应用程序提供交互界面，如 Linux 的命令行界面、Windows 的 GUI
• • Kernel（内核）：负责计算机内部资源的管理（重点内容）

操作系统内部组件

1. \1. CPU 调度器
2. \2. 物理内存管理
3. \3. 虚拟内存管理：为上层应用提供一个安全、连续且虚拟化的内存空间
4. \4. 文件系统管理：在磁盘上抽象出便于访问的文件存储结构
5. \5. 中断处理与设备驱动

重点关注：CPU 调度、内存管理、文件管理、I/O 管理

操作系统的特征

并发

允许多个程序同时运行，操作系统负责管理和调度 CPU。

• • 并发：一个时间段内多个程序可以运行
• • 并行：一个时间点上多个程序同时运行

共享

• • 同时共享：多个用户同时访问资源
• • 互斥共享：资源只能被一个用户独占使用

虚拟

通过程序设计技术，虚拟出一个每个用户独占计算机的环境。

异步

程序运行并非一贯到底，而是走走停停，向前推进的速度不可预测。但操作系统必须保证程序在相同环境下的运行结果一致。

学习操作系统面临的挑战

1. \1. 体系庞大

2. • • 代码量大，需聚焦核心内容学习

3. \2. 并发性

4. • • 并发带来复杂的编程挑战

5. \3. 硬件依赖性

6. • • 涉及时间依赖行为、非法行为、硬件故障

7. \4. 高效性要求

8. • • 必须尽可能低耗 CPU、内存和磁盘

9. \5. 可靠性需求

10. • • 操作系统出错会导致整机崩溃，需要高度稳定

11. \6. 安全性

12. • • 操作系统是系统安全的基础

13. \7. 知识更新

14. • • 技术发展迅速，需从更高的视角理解核心原理

操作系统的重点

权衡

• • 空间与时间
• • 性能与可预测性
• • 公平与性能

硬件管理与资源分配

• • 高效管理硬件资源
• • 合理分配资源

例如：硬盘速度远低于 CPU，需要操作系统合理协调处理。

总结

操作系统是介于硬件和应用程序之间的重要软件，其核心作用在于通过并发、共享、虚拟和异步等特性，实现对硬件资源的高效管理和抽象服务。学习操作系统需要掌握其关键组件和特征，并理解其在硬件管理、资源分配和系统安全中的重要作用。

最后

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