[操作系统] 操作系统概述

一、操作系统概述

操作系统是一款系统软件，方便用户管理和控制计算机软硬件资源的程序集合。

从一般用户的角度看，操作系统时用户与计算机硬件系统之间的接口，用户可通过命令、系统调用、图形等方式使用计算机；从资源管理的角度看，操作系统时计算机系统资源的管理者，在一个计算机系统中，资源可分为处理器、存储器、IO设备和信息四类，相应的，操作系统也针对这四类资源进行有效管理：处理机管理，分配和控制处理机；存储器管理，负责内存的分配和回收；IO管理，负责IO设备的分配和操作；文件管理，负责文件的存取，共享和保护。此外操作系统还实现了第计算机资源的抽象，隐藏了对硬件操作的细节，使用户能够更方便的使用机器。

二、操作系统发展过程

1、无操作系统的计算机系统

最开始，计算机的操作是人工操作方式，直接使用计算机硬件系统。这种人工操作方式有用户独占全机和CPU等待人工操作两方面的缺点，利用率极低。此外，高速的CPU和低速IO设备速度不匹配矛盾也越来越大。
后来，为了缓解这矛盾，使用了脱机技术，啥叫脱机技术，就是脱离主机。脱机输入方式是指在一台外围机的控制下，先将程序和数据从低速的输入设备输入到磁带，当CPU需要这些数据和程序时，再从磁带高速的读入内存；脱机输出方式刚好相反。因为程序输入和输出是在脱离主机的情况下进行的，所以叫脱机输入/输出方式。

这种方式下，由外围机而不是CPU等待人工操作，并且CPU直接通过告诉磁带进行输入输出，缓和了CPU和IO的矛盾。

2、批处理系统

批处理系统分为单道批处理系统和多道批处理系统。

单道批处理系统：系统对作业的处理都是成批进行的，且在内存中始终只保持一道作业，这样的系统叫单道批处理系统。单道批处理系统时最早出现的一种OS，主要特征有自动性、顺序性、单道性。

多道批处理系统：引入了多道程序设计技术后，形成了多道批处理系统，用户提交作业先放到外存上排成一个后备队列，然后由作业调度算法从后备队列中选择若干个调入内存，使它们共享CPU和系统资源。

多道批处理系统特点：资源利用率高、系统吞吐量大、平均周转时间长、交互能力差。

3、分时系统

分时系统是指在一个主机上连接了多个带有显示器和键盘的终端，同时允许多个用户通过自己的终端，以交互的方式使用计算机，共享主机中的资源。分时系统的特点有：

• 多路性（同时性）：允许在一台主机上同时连接多台终端，系统按分时原则为每个用户服务。宏观上同时工作，微观上时间片轮转。
• 独立性：每个用户各占一个中盾，彼此独立操作，互不干扰。
• 及时性：用户的请求能在很短时间内获得相应。
• 交互性：用户可通过终端和系统进行广泛的人机对话。

4、实时系统

实时：响应时间超短

实时系统特点：多路性、独立性、及时性、交互性、可靠性

5、微机操作系统

单用户单任务操作系统：MS-DOS系统

单用户多任务操作系统：windows7等等

多用户多任务操作系统：Unix、Linux等

6、分布式操作系统

7、嵌入式操作系统

嵌入式操作系统初始化过程按照自底向上、从硬件到软件的次序依次为：片级初始化-->板级初始化-->系统初始化

芯片级是微处理器的初始化，板卡级是是其他硬件设备初始化，系统级初始化就是软件及操作系统初始化。

三、操作系统的基本特性

基本特性有：并发性、共享性、虚拟性、异步性。其中并发性是最基本特征。

1、并发性

并发性和并行性是两个概念。并行性是指两个事件在同一时刻发生；并发性是指两个事件在同一时间间隔内发生。在多道程序设计下，并发性是指在一段时间内宏观上有多个程序在同时运行，但在单处理机系统中，每一时刻仅能有一到程序执行，即微观上分时交替进行。

2、共享性

共享性是指系统的资源可供内存中更多个并发执行的进程共同使用，相应的，这种资源叫共享资源，目前主要实现资源共享的方式有两种：互斥共享方式如打印机、栈、变量等；另一种方式是同时访问方式，如磁盘设备等。

3、虚拟性

虚拟性是指通过某种技术把一个物理实体变为若干个逻辑上的对应物。相应的，用于实现虚拟的技术称之为虚拟技术。在操作系统中利用了两种方式实现虚拟技术，即时分复用和空分复用。在计算机领域，广泛的利用时分复用技术来实现虚拟处理机、虚拟设备等，以提高资源的利用率；使用空分复用技术来提高存储空间的利用率，如虚拟磁盘等。

4、异步性

异步性是指在多道程序环境下，每个程序何时执行、何时暂停执行，即以不可预知的速度向前推进。尽管如此，但只要在操作系统中配置完善的同步机制，作业经过多次运行都会获得完全相同的结果。

四、操作系统功能

1. 进程管理：进程是怎么调度的，什么时候执行微信、什么时候执行网易云音乐、什么时间执行迅雷，怎么保证执行不出错
2. 存储管理：硬盘上的程序时怎么加载到内存形成进程的，内存空间怎么分配的，虚拟内存是啥
3. 文件管理：文件系统是什么，文件是怎么存储在硬盘的
4. 设备管理：鼠标、键盘、显示器是怎么和操作系统通信的