【系统架构师修炼之道】（12）：操做系统基础知识——操做系统的原理，类型和结构

定义

操做系统（Operating System，简称OS）是管理和控制计算机硬件与软件资源的计算机程序，是直接运行在“裸机”上的最基本的系统软件，任何其余软件都必须在操做系统的支持下才能运行，操做系统能有效组织和管理系统中的各类软，硬件资源，合理组织计算机系统的工做流程，又控制程序的执行，为用户提供一个良好的操做环境。

做用

• 经过资源管理，提升计算机系统的效率。

• 改善人机界面，向用户提供友好的工做环境。

CPU

（Central Processing Unit）是一块超大规模的集成电路，主要解释计算机指令以及处理计算机软件中的数据，包括

• 运算器(算术逻辑运算单元，ALU，Arithmetic Logic Unit)

• 高速缓冲存储器(Cache)

• 数据(Data)

• 总线(Bus)

存储器

存储程序和各类数据，它采用具备两种稳定状态的物理器件来存储信息，平常使用的十进制数必须转换成等值的二进制数才能存入存储器中。计算机中处理的各类字符，例如英文字母、运算符号等，也要转换成二进制代码才能存储和操做。

输入输出设备

向计算机输入和输出数据和信息的设备，可以接收各类各样的数据，既能够是数值型的数据，也能够是各类非数值型的数据。

系统软件和应用软件

• 系统软件是指控制和协调计算机以及外部设备，支持应用软件开发和运行的系统，是无需用户干预的各类程序的集合，主要功能是调度，监控和维护计算机系统。例如：操做系统和一系列基本工具(好比：编译器，数据库管理，存储器格式化，用户身份验证，网络链接)

• 应用软件是和系统软件相对的，是用户能够使用的各类程序设计语言，以及用各类程序设计语言编制的应用程序的集合，分为应用软件包和用户程序。例如：办公室软件，互联网软件，多媒体软件，分析软件，协做软件。

关系

分类

1. 单用户操做系统
   早期的微型计算机上运行的操做系统每次只容许一个用户使用计算机，被称为单用户微机操做系统，如CP/M，MS-DOS等。

2. 批处理操做系统
   采用批量处理做业技术的操做系统称为批处理操做系统。其中批处理做业是指用户将一批做业提交给操做系统后就再也不干预，由操做系统控制它们自动运行。而且分为单道批处理系统和多道批处理系统，不具备交互性。

   • 多道：同时多个做业在外存中排好队列，系统按必定的调度原则从后备做业队列中选出一个或者多个做业进入内存。

   • 单道：内存中仅有一道程序运行。

3. 分时操做系统
   一台计算机采用时间片轮转的方式同时为几个、几十个甚至几百个用户服务的一种操做系统。

4. 实时操做系统
   当外界事件或数据产生时，可以接受并以足够快的速度予以处理，其处理的结果又能在规定的时间以内来控制生产过程或对处理系统作出快速响应，调度一切可利用的资源完成实时任务，并控制全部实时任务协调一致运行的操做系统。

   • 硬实时
     若是不能在容许时间内完成使物体可达的计算，操做系统将因错误结束

   • 软实时
     生产线仍然能继续工做，但产品的输出会因产品不能在容许时间内到达而减慢，这使机器人有短暂的不生产现象

特色

• 异步的事件响应

• 切换时间和中断延迟时间肯定

• 优先级中断和调度

• 抢占式调度

1. 网络操做系统
   除了实现单机操做系统所有功能外，还具有管理网络中的共享资源，实现用户通讯的操做系统
   常见的

   • UNIX 美国贝尔实验室开发的一种多用户、多任务的操做系统

   • NetWare Novell公司开发的网络操做系统

   • Linux 芬兰赫尔辛基大学的一名学生开发

   • Windows NT4.0 Windows NT4.0共有两个版本：Windows NT Workstation（工做站版）和Windows NTServer（服务器版）

6.分布式软件系统
支持分布式处理的软件系统，它和集中式操做系统的区别在于资源管理、进程通讯和系统结构等方面。

7.嵌入式操做系统
用于嵌入式系统的操做系统，例如：Arm-Linux，pSOS，Android，Symbian

特色

• 系统内核小

• 专用性强

• 系统精简

• 高实时性

• 多任务的操做系统

特征

• 并发性
  两个或多个事件在同一时间间隔内发生（并行性是指两个或多个事件在同一时刻发生）

• 共享性
  资源共享

• 虚拟性
  一个物理上的实体,变为若干个逻辑上的对应物

• 异步性
  多个程序间的执行顺序以及完成每道程序所需的时间都是不肯定的，于是也是不可预知的

功能

• 处理器管理
  处理中断事件

• 文件管理
  操做系统对信息资源的管理

• 存储管理
  内存储器的管理，分配内存空间，保证各做业占用的存储空间不发生矛盾，并使各做业在本身所属存储区中不互相干扰

• 设备管理
  管理各种外围设备

• 做业管理
  完成每一个用户请求的独立操做，包括做业的输入和输出，做业的调度与控制。

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做 者 : @mousycoder

原文出处 : http://mousycoder.com/2015/10/14/the-pragmatic-sa-12/

创做时间：2015-9-1

更新时间：2015-10-16