1.1 操作系统的基本概念

1.1 操作系统的基本概念

1. OS概念

1.1 计算机系统的层次结构

  • 用户可以通过调用命令接口的方式以及使用GUI与操作系统进行直接交互
  • 应用程序通过调用程序接口的方式与操作系统进行直接交互
  • 裸机(纯硬件)包括CPU、内存、硬盘、主板等

1.2 操作系统概念

  • 操作系统(Operating System,OS)是指控制和管理整个计算机系统的硬件和软件资源，并合理地组织调度计算机的工作和资源的分配；
  • 以提供给用户和其他软件方便的接口和环境；
  • 它是计算机系统中最基本的系统软件。
  1. 操作系统是系统资源的管理者
    1. 以提供给用户和其他软件方便的接口和环境
  2. 向上层提供方便易用的服务
    1. 它是计算机系统中最基本的系统软件
  3. 是最接近硬件的一层软件

2. OS功能和目标

2.1 系统资源的管理者

  • 用QQ和朋友视频聊天的过程：
    • Step 1：在各个文件夹中找到 QQ 安装的位置（如 D:/Tencent/QQ/Bin）
      • 逐层打开文件夹， 找到QQ.exe 这个程序（可执行文件）的存放位置
      • 文件管理
    • Step 2：双击打开 QQ.exe
      • 需要把该程序相关数据放入内存
      • 存储器管理, 执行一个程序前需要将该程序放到内存中，才能被CPU处理
    • Step 3：QQ 程序正常运行
      • 对应的进程被处理机（CPU）处理
      • 处理机管理
    • Step 4：开始和朋友视频聊天
      • 需要将摄像头设备分配给进程
      • 设备管理

2.2 向上层提供方便易用的服务

  • 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
  • 提供的服务
    • GUI：图形化用户接口（Graphical User Interface）
    • 联机命令接口 = 交互式命令接口
      • 如Windows命令行指令
      • 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
      • 如执行Windows中的*.bat文件
      • 特定: 用户说一堆, 系统跟着做一堆
    • 程序接口(由一系列系统调用组成)
      • 可以在程序中进行系统调用(广义指令)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
      • 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

2.3 作为最接近硬件的层次

  1. 需要实现对硬件机器的拓展

  2. 没有任何软件支持的计算机称为裸机

    1. 在裸机上安装的操作系统， 可以提供资源管理功能和方便用户的服务功能，将裸机改造成功能更强、使用更方便的机器

  3. 通常把覆盖了软件的机器称为扩充机器，又称之为虚拟机

  4. 操作系统对硬件机器的拓展

    1. 将CPU、内存、磁盘、显示器、键盘等硬件合理地组织起来，让各种硬件能够相互协调配合，实现更多更复杂的功能
    2. 普通用户无需关心这些硬件在底层是怎么组织起来工作的，只需直接使用操作系统提供的接口即可

3. 操作系统的特征

3.1 并发

  • 两个或多个事件在同一时间间隔内发生。这些事情宏观上是同时发生的, 但微观上是交替发生的
  1. 并行
    1. 指两个或多个事件在同一时刻同时发生
  2. 操作系统的并发性
    1. 是指计算机系统中“同时”运行着多个程序, 这些程序宏观上看是同时运行着, 而微观上看是交替运行的
    2. 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
  3. 注意
    1. 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
    2. 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

3.2 共享

  • 并发与共享是两个最基本的特征, 二者互为存在条件
    • 如果失去并发性，则系统中只有一个程序正在运行，则共享性失去存在的意义
    • 如果失去共享性，则QQ和微信不能同时访问硬盘资源，就无法实现同时发送文件，也就无法并发
  • 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
    • 互斥共享
      • 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
      • 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）

3.3 虚拟

虚拟是指把一个物理上的实体变为若干个逻辑上的对应物。物理实体是实际存在的, 逻辑上的对应物是用户感受到的

  • 空分复用技术
    • 虚拟存储器运行着远大于实际存储器内存大小的程序
  • 时分复用技术
    • 微观上处理机在各个微小的时间段内交替着为各个进程服务
  • 显然，如果失去了并发性，则一个时间段内系统中只需运行一道程序，那么就失去了实现虚拟性的意义了。因此，没有并发性，就谈不上虚拟性

3.4 异步

  • 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
  • 只有系统拥有并发性，才有可能导致异步性
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#操作系统
1.1 操作系统的基本概念
http://binbo-zappy.github.io/2024/11/19/操作系统/1-1-操作系统的基本概念/
作者
Binbo
发布于
2024年11月19日
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