文章目錄

• • • 1.1 操作系統概念
    • 1.2 操作系統功能
    • 1.3 操作系統四大特征
    • • 1.3.1 并發
      • 1.3.2 共享
      • 1.3.3 并發性和共享區別及對應關系：
      • 1.3.4 虛擬
      • 1.3.5 異步
    • 1.4 操作系統的發展與分類
    • • 1.4.1 手工操作階段
      • 1.4.2 批處理階段——單道批處理系統
      • 1.4.3 批處理階段——多道批處理系統
      • 1.4.4 分時操作系統
      • 1.4.5 實時操作系統
      • 1.4.6 其他幾種操作系統
      • 1.4.7 操作系統分類小結

1.1 操作系統概念

操作系統（Operating System，OS）是指控制和管理整個計算機系統的硬件和軟件資源，并合理地組織調度計算機的工作和資源的分配；以提供給用戶和其他軟件方便的接口和環境；它是計算機系統中最基本的、最接近系統硬件的系統軟件。

換言之，操作系統可以理解為：

操作系統是系統資源的管理者；

向上層提供方便易用的服務；

是最接近硬件的一層軟件

直觀的例子：打開 Windows 操作系統的“任務管理器”（快捷鍵：Ctrl+Alt+Del）

1.2 操作系統功能

提出問題：由圖形可以看出：

①操作系統硬件和軟件中介層，即作為系統資源的管理者（這些資源包括軟件、硬件、文件等），需要提供什么功能？

用QQ和朋友視頻聊天的過程：
Step1：在各個文件夾中找到QQ安裝的位置（如D:/Tencent/QQ/Bin）------文件管理
Step2：雙擊打開QQ.exe ------ 將程序相關的數據放入內存，存儲器管理
Step3：QQ程序正常運行 ------ 對應的進程被處理機（CPU）處理，處理機管理
Step4：開始和朋友視頻聊天 ------ 需要將攝像頭設備分配給進程，設備管理

②操作系統作為用戶與計算機硬件之間的接口，要為其上層的用戶、應用程序提供簡單易用的服務，需要實現什么功能？

• 命令接口：允許用戶直接使用
• 程序接口：允許用戶通過程序間接使用，可以在程序中進行系統調用來使用程序接口。普通用戶不能直接使用程序接口，只能通過程序代碼間接使用。
• GUl：現代操作系統中最流行的圖形用戶接口
  

③操作系統作為最接近硬件的層次，需要在純硬件的基礎上實現什么功能？
需要提供的功能和目標：實現對硬件機器的拓展
操作系統對硬件機器的拓展：將CPU、內存、磁盤、顯示器、鍵盤等硬件合理地組織起來，讓各種硬件能夠相互協調配合，實現更多更復雜的功能普通用戶無需關心這些硬件在底層是怎么組織起來工作的，只需直接使用操作系統提供的接口即可

總結，操作系統概念和功能：

1.3 操作系統四大特征

并發、共享、虛擬、異步
其中并發和共享是最為基本的特征，二者互為存在條件

1.3.1 并發

并發：指兩個或多個事件在同一時間間隔內發生。這些事件宏觀上是同時發生的，但微觀上是交替發生的。
區別于并行：指兩個或多個事件在同一時刻同時發生。

操作系統的并發性指計算機系統中“同時”運行著多個程序，這些程序宏觀上看是同時運行著的，而微觀 上看是交替運行的。

操作系統就是伴隨著“多道程序技術”而出現的。因此，操作系統和程序并發是一起誕生的。

注意：

單核CPU同一時刻只能執行一個程序，各個程序只能并發地執行
多核CPU同一時刻可以同時執行多個程序，多個程序可以并行地執行
比如Intel的第八代i3處理器就是4核CPU，意味著可以并行地執行4個程序
即使是對于4核CPU來說，只要有4個以 上的程序需要“同時”運行，那么并發性依然是必不可少的，因此并發性是操作系統最基本的特性

1.3.2 共享

共享即資源共享，是指系統中的資源可供內存中多個并發執行的進程共同使用。

所謂的“同時”往往是宏觀上的，而在微觀上，這些進程可能是交替地對該資源進行訪問的（即分時共享）
生活實例：

互斥共享方式：使用QQ和微信視頻。同一時間段內攝像頭只能分配給其中一個進程。
同時共享方式：使用QQ發送文件A，同時使用微信發送文件B。宏觀上看，兩邊都在同時讀取并發送文件， 說明兩個進程都在訪問硬盤資源，從中讀取數據。微觀上看，兩個進程是交替著訪問硬盤的。

1.3.3 并發性和共享區別及對應關系：

并發性指計算機系統中同時存在著多個運行著的程序。
共享性是指系統中的資源可供內存中多個并發執行的進程共同使用。

通過例子來看并發與共享的關系：

使用QQ發送文件A，同時使用微信發送文件B。

兩個進程正在并發執行（并發性）

需要共享地訪問硬盤資源（共享性）

如果失去并發性，則系統中只有一個程序正在運行，則共享性失去存在的意義
如果失去共享性，則QQ和微信不能同時訪問硬盤資源，就無法實現同時發送文件，也就無法并發

所以： 并發性與共享性互為存在的條件！

1.3.4 虛擬

虛擬是指把一個物理上的實體變為若干個邏輯上的對應物。物理實體（前者）是實際存在的，而邏輯上對應物（后者）是用戶感受到的。

一個程序需要放入內存并給它分配CPU才能執行 ，假設我們電腦4G內存、單核CPU，很多程序同時運行需要的內存遠大于4GB，假設打開了6個應用軟件，那么為什么它們還可以在我的電腦上同時運行呢？
答：這是虛擬存儲器技術。實際只有4GB的內存，在用戶看來似乎遠遠大于4GB。實際上只有一個單核CPU，在用戶看來似乎有 6個CPU在同時為自己服務。

虛擬技術中的“空分復用技術”和“時分復用 技術”。微觀上處理機在各個微小的時間段內交替著為各個進程服務

時分復用技術通過處理機的空閑時間運行其他程序，提高了處理機的利用率
空分復用技術利用存儲器的空閑空間分區域存放和運行其他的多道程序，以此提高內存的利用率。

1.3.5 異步

異步是指，在多道程序環境下，允許多個程序并發執行，但由于資源有限，進程的執行不是一貫到底的， 而是走走停停，以不可預知的速度向前推進，這就是進程的異步性。

由于并發運行的程序會爭搶著使用系統資源，而系統中的資源有限，因此進程的執行不是一貫到底的，而是走走停停的，以不可預知的速度向前推進

如果失去了并發性，即系統只能串行地運行各個程序，那么每個程序的執行會 一貫到底。只有系統擁有并發性，才有可能導致異步性。

1.4 操作系統的發展與分類

各階段的主要優點都是解決了上一階段的主要缺點

1.4.1 手工操作階段

主要缺點：用戶獨占全 機、人機速度矛盾導致 資源利用率極低

1.4.2 批處理階段——單道批處理系統

引入脫機輸入/輸出技術（用外圍機+磁帶完成），并由監督程序負責控制作業的輸入、輸出

主要優點：緩解了一定 程度的人機速度矛盾， 資源利用率有所提升。
主要缺點：內存中僅能有一道程序運行，只有該程序運行結束之后才能調入下一道程序。CPU有大量的時間是在空閑等待I/O完成。資源利用率依然很低。

1.4.3 批處理階段——多道批處理系統

主要優點：多道程序并發執行，共享計算機資源。資源利用率大幅提升，CPU和其他資源更能保持“忙碌”狀態，系統吞吐量增大。
主要缺點：用戶響應時間長，沒有人機交互 功能（用戶提交自己的作業之后就只能等待 計算機處理完成，中間不能控制自己的作業 執行。eg：無法調試程序/無法在程序運行過 程中輸入一些參數）

1.4.4 分時操作系統

計算機以時間片為單位輪流為各個用戶/作業服務，各個用戶可通過終端與計算機進行交互。

主要優點：用戶請求可以被即時響應，解決了人機交互問題。允許多個用戶同時使用一臺計算機，并且用戶對計算機的操作相互獨立，感受不到別人的存在。
主要缺點：不能優先處理一些緊急任務。操作系統對各個用戶/作業都是完全公平的，循環地為每個用戶/ 作業服務一個時間片，不區分任務的緊急性。

1.4.5 實時操作系統

在實時操作系統的控制下，計算機系統接收到外部信號后及時進行處理，并且要在嚴格的時限內處理完事件。實時操作系統的主要特點是及時性和可靠性。
主要優點：能夠優先響應一些緊急任務，某些緊急任務不需時間片排隊

1.4.6 其他幾種操作系統

網絡操作系統：是伴隨著計算機網絡的發展而誕生的，能把網絡中各個計算機有機地結合起來，實現數據傳送等功能，實現網絡中各種資源的共享（如文件共享）和各臺計算機之間的通信。（如：WindowsNT就是 一種典型的網絡操作系統，網站服務器就可以使用）

分布式操作系統：主要特點是分布性和并行性。系統中的各臺計算機地位相同，任何工作都可以分布在這些 計算機上，由它們并行、協同完成這個任務。

個人計算機操作系統：如WindowsXP、MacOS，方便個人使用。

1.4.7 操作系統分類小結

總結

以上是生活随笔為你收集整理的1 操作系统第一章 操作系统概念、功能、四大特征、操作系统发展与分类的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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