操作系统的基本概念

一、操作系统的基本概念

1.1概念

操作系统是指控制和管理整个计算机系统的硬件与软件资源，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最基本的系统软件。

1.2特征

1.2.1 并发

并发是指两个或多个事件在同一时间间隔内发生。
操作系统的并发性是指计算机系统中同时存在多个运行的程序。因此它具有处理和调度多个程序同时执行的能力。
注意同一时间间隔（并发）和同一时刻（并行）的区别。
并发在宏观上有多道程序同时运行，微观上这些程序仍是分时交替进行。
并行性是指系统具有同时进行运算和操作的特性，在同一时刻能完成两种或两种以上的工作。需要有相关硬件的支持。

1.2.2 共享

资源共享即共享，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。

1.2.2.1 互斥共享方式

当进程A访问某个资源时，必须先提出请求，若此时该资源空闲，则系统便将之分配给进程A使用，此后有其他进程也要访问该资源时（只要A未用完）就必须等待。仅当进程A访问并释放该资源后，才允许另外一个进程对该资源进行访问。我们把这种资源共享方式称为互斥式共享，而把在一段时间内只允许一个进程访问的资源称为临界资源。
要求一种资源在一段时间内（哪怕是一段很小的时间）只能满足一个请求。

1.2.2.2 同时访问方式

系统中还有另一种资源，这类资源允许在一段时间内由多个进程“同时”访问。注意这里的“同时”通常是指宏观上的，而在微观上，这些进程可能是交替的对该资源进行访问即“分时共享”。
并发和共享是操作系统两个最基本的特征，两者之间互为存在条件：①资源共享是以程序的并发为条件，若系统不允许程序并发执行，则自然不存在资源共享问题。②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，甚至根本无法执行

1.2.3 虚拟

虚拟是指把一个物理上的实体变成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。用于实现虚拟的计算，称为虚拟技术。操作系统的虚拟技术可归纳为：时分服用技术，如处理器的分时共享（利用多道程序技术把一个物理上的CPU虚拟为多个逻辑上的CPU）；空分复用技术，如虚拟存储器（用户感觉到（但实际不存在）的存储器）。

1.2.4 异步

多道程序环允许多个程序并发执行，但由于资源有限，进程的执行并不是一贯到底的，而是走走停停，它以不可预知的速度向前推进，这就是进程的异步性。

1.3 目的和功能

1.3.1操作系统作为计算机系统资源的管理者

1.3.1.1 处理机管理

在多道环境下，处理机的分配和运行都以进程（或线程）为基本单位，因而对处理机的管理可归纳为对进程的管理。并发是指在计算机内同时运行多个进程，因此进程何时创建、何时撤销、如何管理、如何避免冲突、合理共享就是进程管理的最主要任务。进程管理的主要功能包括进程控制、进程同步、进程通信、死锁处理、处理机调度等。

1.3.1.2 存储器管理

存储器管理是为了给多道程序的运行提供良好的环境，方便用户使用及提高内存的利用率，主要包括内存分配与回收、地址映射、内存保护与共享和内存扩充等功能。

1.3.1.3 文件管理

计算机中的信息都是以文件的形式存在，操作系统中负责文件管理的部分称为文件系统。文件管理包括文件存储空间管理、目录管理及文件读写管理和保护等。

1.3.1.4 设备管理

设备管理的主要任务是完成用户的I/O请求，方便用户使用各种设备，并提高设备的利用率，主要包括缓冲管理、设备分配、设备处理和虚拟设备等功能。

*1.3.2 操作系统作为用户与计算机硬件系统之间的接口

为了让用户方便、快捷、可靠地操纵计算机硬件并运行自己的程序，操作系统还提供了用户接口。
（1）命令接口
用户利用这些操作命令来组织和控制作业的执行。
使用命令接口进行作业控制的主要方式有两种，即联机控制方式和脱机控制方式。按作业控制方式不同，可将命令接口分为联机命令接口和脱机命令接口。
联机命令接口又称交互式命令接口，适用于分时和实时系统的接口。用户通过控制台或终端输入操作命令，向系统提出各种服务要求。用户输每输入一条命令，控制权就转给操作系统的命令解释程序，然后由命令解释程序解释并执行输入的命令，完成指定的功能。之后，控制权转回控制台或终端，此时用户又可输入下一条命令。联机命令接口可以这样理解：“雇主”说一句话，“工人”做一件事，并做出反馈，这就强调交互性。
脱机命令接口又称批处理命令接口，适用于批处理系统，它由一组作业控制命令组成。脱机用户不能直接干预作业的运行，而应事先用相应的作业控制命令写成一份作业操作说明书，连同作业一起提交给系统。系统调度到该作业时，由系统中的命令解释程序逐条解释执行作业说明书上的命令，从而间接地控制作业的运行。脱机命令接口可以这样理解：“雇主”把要“工人”做的事写在清单上，“工人”按照清单命令逐条完成这些事，这就是批处理。
（2）程序接口
程序接口由一组系统调用（也称广义指令）组成。用户通过程序中这些系统调用来请求操作系统为其提供服务，如使用各种外部设备、申请分配和回收内存及其他各种请求。
当前最为流行的是图形用户界面（GUI），即图形接口。GUI最终通过调用程序接口实现的，用户通过鼠标和键盘在图形界面单击或使用快捷键，就能很方便的使用操作系统。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。

*1.3.3 操作系统实现了对资源的扩充

没有任何软件支持的计算机称为裸机，它仅构成计算机系统的物质基础，而实际呈现在用户面前的计算机系统是经过若干层软件改造的计算机。裸机在最里层，其外面是操作系统，操作系统所提供的资源管理功能和方便用户的各种服务功能，将裸机改造成功能更强、使用更方便的机器；因此，我们通常把覆盖了软件的机器称为扩充机器或虚拟机。
“工人”操作机器，机器就有更大的作用，于是“工人”便成了“扩充机器”。

注：2023王道考研