操作系统的基本概念

操作系统的基本概念，从操作系统的概念、操作系统的特征、操作系统的功能和目标等方面进行了分析和概述，适合计算机专业的学生复习。

操作系统的基本概念

• 操作系统的概念
  • 操作系统：操作系统（OS）是指控制和管理整个计算机系统的硬件与软件资源，并合理地组织、调度计算机的工作与资源的分配，进而为用户和其他软件提供方便接口与环境的程序集合。操作系统是计算机系统中最基本的系统软件。
    • 操作系统是系统资源的管理者
    • 操作系统向上层提供方便易用的服务
    • 操作系统是最接近硬件的一层软件
• 操作系统的特征
  • 并发
    • 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。
    • 并行：指两个或多个事件在同一时刻同时发生。
    • 操作系统的并发性指计算机系统中“同时”运行着多个程序，这些程序宏观上看是同时运行着的，而微观上看是交替运行的。
    • 操作系统就是伴随着“多道程序技术”而出现的。因此，操作系统和程序并发是一起诞生的。
    • 重要考点
      • 单核CPU同一时刻只能执行一个程序，各个程序只能并发地执行。
      • 多核CPU同一时刻可以同时执行多个程序，多个程序可以并行地执行。
    • 并发和共享是操作系统两个最基本的特征，二者主机互为存在的条件
      • 资源共享是以程序的并发为条件的，若系统不允许程序并发执行，则自然不存在资源共享问题。
      • 若系统不能对资源共享实施有效的管理，则必将影响到程序的并发执行，甚至根本无法并发执行。
  • 共享
    • 共享：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使用；但一个时间段内只允许一个进程访问该资源。
      • 同时共享方式
        • 系统中的某些资源，允许一个时间段内由多个进程“同时”对它们进行访问。
      • 所谓的“同时”往往是宏观上的，而在微观上，这些进程可能是交替地对该资源进行访问的（即分时共享）。
  • 虚拟
    • 虚拟：虚拟是指把一个物理上的实体变为若干逻辑上的对应物。物理实体（前者〉是实的，即实际存在的；而后者是虚的，是用户感觉上的事物。用于实现虚拟的技术，称为虚拟技术。操作系统中利用了多种虚拟技术来实现虚拟处理器、虚拟内存和虚拟外部设备等。
    • 虚拟技术：用于实现虚拟的技术，称为虚拟技术。操作系统中利用了多种虚拟技术来实现虚拟处理器、虚拟内存和虚拟外部设备等。
    • 虚拟处理器：利用多道程序设计技术把一个物理上的CPU虚拟为多个逻辑上的CPU，称为虚拟处理器。 时分复用技术
    • 虚拟存储器：将物理存储器变为虚拟存储器，逻辑上扩充存储器用量。 空分复用技术
    • 还可采用虚拟设备技术将一台物理IO设备虚拟为多台逻辑上的IO设备，并允许每个用户占用一台逻辑上的I/O 设备，使原来仅允许在一段时间内由一个用户访问的设备（即临界资源）变为在一段时间内允许多个用户同时访问的共享设备。
  • 异步
    • 异步：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。
    • 如果失去了并发性，即系统只能串行地运行各个程序，那么每个程序的执行会一贯到底。只有系统拥有并发性，才有可能导致异步性。
    • 没有并发和共享，就谈不上虚拟和异步。
• 操作系统的功能和目标
  • 作为计算机系统资源的管理者
    • 处理机管理
    • 存储器管理
    • 文件管理
    • 设备管理
  • 作为用户和计算机硬件系统之间的接口
    • 命令接口
      • 联机命令接口：（交互式命令接口）特点：用户说一句，系统跟着做一句
      • 脱机命令接口：（批处理命令接口）特点：用户说一堆，系统跟着做一堆
    • 程序接口：可以在程序接口中进行系统调用来使用程序接口，普通用户不能直接使用程序接口，只能通过程序代码间接使用
  • 用作扩充机器
    • 裸机：没有任何软件支持的计算机称为裸机
    • 扩充机器：通常把覆盖了软件的机器称为扩充机器或虚拟机
• 补充
  • 封装思想：操作系统把一些丑陋的硬件功能封装成简单易用的服务，使用户能更方便地使用计算机，用户无需关心底层硬件的原理，只需要对操作系统发出命令即可
  • GUI：（图形化用户接口）用户可以使用形象的图形界面进行操作，而不再需要记忆复杂的命令、参数。严格来说，图形接口不是操作系统的一部分，但图形接口所调用的系统调用命令是操作系统的一部分
    • 用户可直接使用的：GUI、命令接口
    • 给软件/程序员使用的：程序接口
  • 系统调用类似于函数调用，是应用程序请求操作系统服务的唯一方式。
  • 程序接口是由一系列系统调用组成的。