文章目录
- 一. 操作系统的简介
- 1.定义
- 2. 现代计算机的构成
- 3. 常见操作系统：
- 二. 操作系统的引论
- 1. 操作系统的目标和作用
- (1). 操作系统的目标
- (2). 操作系统的作用
- 1. OS作为计算机系统资源的管理者（资源的分配、回收和访问操作）
- 2. OS作为用户和计算机硬件之间的接口（使用户方便使用计算机）
- 3. OS实现了对计算机硬件资源的抽象（成为虚拟机）
- 2. 操作系统的基本特征
- 1. 并发（Concurrence）
- 2. 共享（Sharing）
- 3. 虚拟（Virtual）
- 4. 异步（Asynchronism）
- 3. 操作系统的发展和分类
- 1. 手工操作阶段
- 2. 单道批处理系统
- 3. 多道批处理系统
- 4. 分时操作系统
- 5. 实时操作系统
- 6. 其他操作系统
- 4. 操作系统的主要功能
- 5. 操作系统的结构和设计
一. 操作系统的简介
1.定义
操作系统（Operating System，OS）是配置在计算机硬件上的第一层软件，是对硬件系统的首次扩充，其主要作用是管理好这些硬件设备，提高它们的利用率和系统的吞吐量，并为用户和应用程序提供一个简单的接口，便于用户使用，OS是现代计算机系统中最基本和最重要的系统软件，而其他的诸如编译程序、数据库管理系统等系统软件，以及大量的应用软件，都直接依赖于操作系统的支持，取得它所提供的服务。
事实上OS已成为现代计算机系统、多处理机系统、计算机网络中必须配置的系统软件
2. 现代计算机的构成
由一个或多个处理器 主存 硬盘 鼠标 键盘 显示器 网络接口 各种输入输出设备构成
程序员不会直接和这些硬件打交道，而且每位程序员不可能会掌握所有计算机系统的细节，这样我们就不用再编写代码了，所以在硬件的基础之上，计算机安装了一层软件，这层软件能够通过响应用户输入的指令达到控制硬件的效果，从而满足用户需求，这种软件称之为 操作系统，它的任务就是为用户程序提供一个更好、更简单、更清晰的计算机模型。
3. 常见操作系统：
Windows
Android
IOS
Mac OS
Linux
二. 操作系统的引论
1. 操作系统的目标和作用
(1). 操作系统的目标
(2). 操作系统的作用
1. OS作为计算机系统资源的管理者（资源的分配、回收和访问操作）
这个是学习操作系统的重点、重点、重点
操作系统怎么管理这些资源呢？
1. 为了便于对计算机中各类资源的使用和管理，OS将他们抽象为相应的各种数据结构，
2. 以及提供一组对资源进行操作的命令，用户可以利用这些数据结构及操作命令来执行相关的操作，而无需关心其实现的具体细节
操作系统怎么协调诸多用户对系统中共享资源的使用？
1. OS必须记录和查询各种资源的使用及各类进程运行情况的信息，
2. OS对于这些信息的组织和维护也是通过建立和维护各种数据结构的方式实现
操作系统中用于管理控制的数据结构是什么样子？
1. 在计算机系统中，对于每个资源都设置了一个数据结构，用于表征其实体，我们称之为资源信息表。
2. 其中包含了资源的标识、描述、状态等信息以及一批指针，
3. 通过这些指针将同类资源的信息表分类链接成不同的队列，便于OS进行查找。
2. OS作为用户和计算机硬件之间的接口（使用户方便使用计算机）
3. OS实现了对计算机硬件资源的抽象（成为虚拟机）
对于一台完全无软件的计算机系统（裸机），由于他向用户提供的仅是硬件接口（物理接口），因此，用户必须对物理接口的实现非常了解，这就使机器难以使用。
为了方便用户使用硬件设备， 人们在裸机上覆盖了一层设备管理软件，由它来使用命令对硬件操作，控制。
举例：
此时用户所看到的机器是一台比裸机功能更强、使用更方便的机器，通常把覆盖了上述软件的机器称为扩充机器或者虚拟机器。
- 用户使用该模型提供的接口使用计算机，无需了解计算机物理接口实现的细节，更好的使用计算机资源
- OS不仅可以在底层对硬件资源加以抽象，还可以在高层对该资源底层已抽象的模型再次抽象，成为更高层的抽象模型，随着抽象层次越高，抽象接口所提供的功能越强，用户使用越方便。
2. 操作系统的基本特征
并发性和共享性是多用户OS的两个最基本的特征，它们又是互为存在的条件。
1. 并发（Concurrence）
- 并发
指两个或多个事件在同一时间间隔内发生。这些事件宏观上是同时发生的，但微观上是交替发生的
操作系统的并发性是指计算机系统中同时存在着多个运行着的程序
例如：一个单核处理器（CPU）同一时刻只能执行一个程序，因此操作系统会负责协调多个程序交替执行
（这些程序微观上是交替执行的，但宏观上看起来就像是在同时执行的）
在当今的计算机，一般是多核CPU，比如intel的8代i5处理器是6核CPU，意味着同一时刻可以有6个程序并行执行，
但是操作系统并行依然必不可少，因为我们现在使用的计算机有远远大于6个程序在运行工作
- 并行
指两个或多个事件在同一时刻同时发生 - 引入进程
定义：指在系统中能独立运行并作为资源分配的基本单位，是由一组机器指令，数据、和堆栈等组成的，是一个能独立运行的活动实体。
多个进程之间可以并发执行和交换信息。
2. 共享（Sharing）
- 定义
共享即资源共享，是指系统中的资源可供内存中多个并发执行的进程共同使用 - 两种资源共享方式
- 互斥共享方式
系统中的某些资源，虽然可以提供给多个进程，但一个时间段内只允许一个进程访问该资源
在一段时间内只允许一个进程访问的资源，称为临界资源。
- 同时访问方式
系统中某些资源，允许一个时间段内有多个进程“同时”对它们进行访问
这里的“同时”往往是宏观上的，在微观上，这些进程可能是交替地对该资源进行访问的（即分时共享）
3. 虚拟（Virtual）
- 定义
虚拟是指把物理上的实体变成为若干个逻辑上的对应物，物理实体（前者）是实际存在的，而逻辑上的对应物(后者)是用户感受到的。 - 使用两种技术
- 时分复用技术（如：虚拟处理器）
时分复用技术提高资源利用率根本原因：它利用某设备为一用户服务的空闲时间，又去转为其他用户服务，是设备得到最充分的利用。
- 空分复用技术（如：虚拟存储器技术）
空分复用技术提高资源利用率的根本原因：利用存储器的空闲空间分区域存放和运行其他的多道程序，以此来提高内存的利用率
单纯利用空分复用存储器，只能提高内存利用率，不能实现在逻辑上扩大存储器容量，引入了虚拟存储器之后，
在本质上实现了内存的分时复用，使一道程序仅在远小于它的内存空间中运行
4. 异步（Asynchronism）
- 定义：
异步是指，在多道程序环境下，允许多个程序并发执行，但由于资源有限，进程的执行不是一贯到底（按一条顺序慢慢执行）的，而是走走停停，以不可预知的速度向前推进，这就是进程的异步性
举例：
当正在执行的进程提出某种资源要求时，如打印请求，而此时打印机正在为其他进程打印，
由于打印机是临界资源，因此正在执行的进程必须等待，并释放处理机资源，
直到打印机空闲，并再次获得处理机时，该进程方能继续执行
3. 操作系统的发展和分类
- 操作系统发展的主要动力
- 发展过程
1. 手工操作阶段
2. 单道批处理系统
3. 多道批处理系统
注：为什么多道批处理系统是系统资源利用率大幅提升
例：
4. 分时操作系统
5. 实时操作系统
6. 其他操作系统
4. 操作系统的主要功能
5. 操作系统的结构和设计
- 操作系统的设计原则
- 操作系统的结构
