操作系统学习笔记 1.1 操作系统基本概念
前言
参考王道书。
后续会进一步整理，包括添加笔记内容，标明参考资料。
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一、操作系统基本概念
1、操作系统定义
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，进而为用户和其他软件提供方便接口与环境的程序集合 。 它是计算机系统中最基本的系统软件。
- 负责管理协调硬件、软件等计算机资源的工作
- 为上层的应用程序、用户提供简单易用的服务
- 操作系统是系统软件，而不是硬件
2、操作系统特征
重要考点：
- 理解并发和并行的区别
- 并发和共享互为存在条件
- 没有并发和共享，就谈不上虚拟和异步，因此并发和共享是操作系统的两个最基本的特征
1. 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。
常考易混概念：
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存在着多个运行着的程序。
一个单核处理机(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在同时执行)
事实上，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。
当今的计算机，一般都是多核CPU，比如Intel的第八代i3处理器就是4核CPU，但是操作系统的并发性依然必不可少，当代人使用计算机绝对有4个以上的程序需要同时工作。
2. 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。
- 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
- 同时共享（同时访问）：该资源系统中的某些资源，允许一个时间段内由多个进程“同时”对它们进行访问（宏观上同时，微观上交替）
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. 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（前者）是实际存在的，而逻辑上对应物（后者）是用户感受到的。
空分复用技术
- 虚拟存储器
例：
- GTA5需要4GB的运行内存， QQ需要256MB的内存，迅雷需要256MB的内存，网易云音乐需要256MB的内存…
- 我的电脑：4GB内存
问题：这些程序同时运行需要的内存远大于4GB，那么为什么它们还可以在我的电脑上同时运行呢?
答：这是虚拟存储器技术。实际只有4GB的内存，在用户看来似乎远远大于4GB
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
-
虚拟处理器
-
问题：既然一个程序需要被分配CPU才能正常执行，那么为什么单核CPU的电脑中能同时运行这么多个程序呢?
-
答：这是虚拟处理器技术。实际上只有一个单核CPU，在用户看来似乎有6个CPU在同时为自己服务
虚拟性和并发性的关系
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。
4. 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。
与并发性的关系
显然，如果失去了并发性，则系统只能，串行地处理各个进程，每个进程的执行会一贯到底。只有系统拥有并发性，才有可能导致异步性。
并发和共享的关系
并发性指计算机系统中同时存在着多个运行着的程序。
共享性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。
例：使用QQ发送文件A，同时使用微信发送文件B。
-
两个进程正在并发执行(并发性)
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
-
需要共享地访问硬盘资源(共享性)
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
2、操作系统的目标和功能
- 作为系统资源的管理者（资源包括软件、硬件、文件等）
- 作为用户与计算机硬件之间的接口
- 作为最接近硬件的层次
1. 作为系统资源的管理者
目标
安全、高效
功能
- 处理机管理
- 存储器管理
- 文件管理
- 设备管理
补充知识：进程是一个程序的执行过程。执行前需要将该程序放到内存中，才能被CPU处理。
2. 作为用户和计算机硬件之间的接口
目标
方便用户使用
功能
- 命令接口：允许用户直接使用
- 程序接口：允许用户通过程序间接使用
- GUI：现代操作系统中最流行的图形用户接口
命令接口和程序接口统称为用户接口。
命令接口
(允许用户直接使用)
- 联机命令接口
- 脱机命令接口
联机命令接口
用户说一句，系统做一句（交互式命令窗口）
脱机命令接口
用户说一堆，系统做一堆（批处理命令接口）
程序接口
(允许用户通过程序间接使用)
- 由一组系统调用组成(程序接口=系统调用)。只能通过用户程序间接使用。
注：系统调用=系统调用命令=广义指令
GUI
图形用户界面(Graphical User Interface)
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。
例子：在Windows操作系统中，删除一个文件只需要把文件“拖拽”到回收站即可。
作为最接近硬件的层次
需要提供的功能和目标：实现对硬件机器的拓展
没有任何软件支持的计算机成为裸机。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
通常把覆盖了软件的机器成为扩充机器，又称之为虚拟机
习题
1、系统调用是由操作系统提供给用户的，它（ ） 。
A. 直接通过键盘交互方式使用
B. 只能通过用户程序问接使用
C 是命令接口中的命令
D. 与系统的命令一样
答案：B
解析：
系统调用是操作系统为应用程序使用内核功能所提供的接口 。
2、为了方使用户直接或间接地控制自己的作业，操作系统向用户提供了命令接口，该接口又可进一步分为（ ）。
A.联机用户接口和脱机用户接口
B.程序接口和图形接口
C.联机用户接口和程序接口
D.脱机用户接口和图形接口
答案：A
解析：
程序接口、图形接口与命令接口三者井没有从属关系。按命令控制方式的不同，命令接口分为联机用户接口和脱机用户接口 。
3、操作系统与用户通信接口通常不包括（ ）。
A. shell
B. 命令解释器
C. 广义指令
D. 缓存管理指令
答案：D
解析：
广义指令就是系统调用命令，而命令解释器属于命令接口，shell 是命令解析器，它也属于命令接口 。系统中的缓存全部由操作系统管理，对用户是透明的，操作系统不提供管理系统缓存的系统调用 。
4、下列选项中，不属于多道程序设计的基本特征是（ ）。
A. 制约性 B. 问断性
C. 顺序性 D. 共享性
答案：C
解析：
引入多道程序设计后，程序的执行就失去了封闭性和顺序性。程序执行因为共享资源及相互协同的原因产生了竞争，相互制约。考虑到竞争的公平性，程序的执行是断续的。顺序性是单道程序设计的基本特征。
5、计算机开机后 ， 操作系统最终被加载到（ ）。
A. BIOS
C. EPROM
B. ROM
D. RAM
答案：D 解析： 系统开机后，操作系统的程序会被自动加载到内存中的系统区，这段区域是RAM。熟悉了组成原理中的各类存储介质后选对这道题并不难 。