操作系统原理与设计（1）操作系统概述

本系列笔记整理自 https://www.bilibili.com/video/BV1YE411D7nH

个人认为讲解比较清晰，容易理解。

一、操作系统的概念

操作系统（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，以提供给用户和其它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。

下面我们将按照上述定义，从三个方面讨论操作系统的功能和目标。

在定义中，操作系统首先是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，以提供给用户和其它软件方便的接口和环境。

在运行一个程序的过程中，操作系统作为系统资源的管理者，它可以整理可执行文件存放位置；可以将程序指令和相关数据放入内存；可以让处理机（CPU）处理对应进程；也可以将所需设备合理地分配给各个进程。

以上四点对应的就分别是：文件管理、存储器管理、处理机管理和设备管理。

原本的计算机硬件只能接受二进制“01串”形成的代码，而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。

操作系统提供的服务包括类似图形化用户接口（GUI）、联机命令接口实例（交互式命令接口，一问一答，也就是常说的小黑窗）、脱机命令接口（批处理命令接口，一堆问一堆答）、程序接口（可以在程序中使用系统调用又称广义指令，来完成程序接口）。

没有任何软件支持的计算机称为裸机。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。

通常将覆盖了软件的机器称为扩充机器，又称之为虚拟机。

操作系统将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。

并发指的是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。

【区别两个词语】并行指的是两个或多个事件同时发生，并发指的是两个或多个事件宏观上同时发生，但细节上交替进行。举例：一个人一天内要和两个人约会，第一个人选择同时和两个人形成三人约会，这就是并行；第二个人选择在一天内交替和两个人进行约会，同一时间只和一个人约会，这就是并发。

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。

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同一时刻可以执行多个程序，多个程序可以并行地执行。

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。

所谓的“同时”往往是宏观上，而微观上，这些进程可能是交替地对该资源进行访问（分时共享）。

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。

如果失去并发性，则系统中同一时刻只有一个程序正在运行，也就没有了共享性的意义；反之，如果失去共享性，则多个程序无法同时访问一个内存，也就无法完成并发。所以我们可以说两者是互为存在条件的。

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，而逻辑上对应物是用户所感受到的。

比如说：对于一个单核CPU计算机，用户可以同时打开多个软件，这就是因为使用了虚拟处理器技术，“时分复用技术”，即在微观时间上的各个时间段内交替运行各个进程。

异步指的是，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，以不可预告的速度向前推进，这就是进程的异步性。

根据以上的讲述，我们可以发现，如果没有并发和共享也就没有讨论虚拟和异步的意义了，所以我们说并发和共享是操作系统的最基本特征。