15、操作系统概述：原理、类型与应用

操作系统概述：原理、类型与应用

1. 操作系统简介

计算机若没有操作系统软件，不过是一堆昂贵的金属、塑料和硅片的组合。操作系统（OS）是控制计算机各组件（如处理器、内存、磁盘、输入输出设备等）的软件。它的主要职责包括管理硬件访问信息和监控资源分配。

1.1 计算机层次结构

大多数计算机为了正常工作，具有多个抽象层次：
- 物理设备（处理器、磁盘等）
- 机器语言的微程序解释器
- 机器语言
- 操作系统
- 系统程序
- 应用程序

1.2 操作系统基本概念

操作系统的基本概念涵盖多个方面，下面为您详细介绍：
|概念|说明|
| ---- | ---- |
|内存|临时存储信息，计算机关机或断电时数据丢失|
|文件系统|管理文件存储和访问，确保数据长期存储和可访问性|
|输入输出|控制计算机与外部设备的信息交互|
|进程|管理计算机同时执行的多个任务|
|系统调用|开发者通过其与操作系统通信以访问资源|
|Shell|用户与操作系统交互的界面|

2. 内存管理

2.1 物理内存

物理内存即随机访问内存（RAM），是计算机用于临时存储信息的快速存储区域，但具有易失性。操作系统通过内存管理器管理物理内存，跟踪内存使用情况，为进程分配未使用的内存。

2.2 虚拟内存

由于磁盘成本远低于内存，且部分计算机对单个程序可用内存有限制，因此引入了虚拟内存的概念。虚拟内存将逻辑内存地址映射到物理内存地址