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声明：本次笔记学习来源于《2021王道考研操作系统》，地址如下：
bilibili: https://www.bilibili.com/video/av70156862

一、操作系统的定义

🙉什么是操作系统？

1、操作系统是指控制和管理整个计算机系统的硬件和软件资源，即系统管理者；
2、操作系统合理地组织讲度计算机的工作和资源的分配；
3、操作系统以提供给用户和其他软件方便的接口和环境；
4、操作系统是计算机系统中最基本的系统软件。

1.1 作为计算机系统资源的管理者

既然作为系统管理者，那他是如何管理的呢？
管理软硬件资源、合理的组织、调度计算机的工作与资源的分配
包括对CPU、存储器、文件以及设备的管理。

1、CPU管理

CPU管理的概念：在多道程序环境下，cpu的分配和运行都以进程（或线程）为基本单位，因此对cpu的管理可理解为对进程的管理。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。附上一张图理解对进程的管理。

举例说明：

2、存储器管理

存储器管理的概念：
为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。
举例说明：

3、文件管理

文件管理的概念：计算机中所有的信息都是以文件的形式存在的，操作系统中负责文件的管理的部分称为文件系统，文件管理包括文件存储空间的管理、目录管理及文件读写管理和保护等。
举例说明：

4、设备管理

设备管理的概念：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，主要包括缓存管理、设备分配、设备处理和虚拟设备等功能。
举例说明：

1.2 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、可靠的操作计算机硬件并执行自己的程序，操作系统提供了用户接口 操作系统提供的接口分为两类：命令接口和程序接口
命令接口：用户可以直接使用的，利用这些操作命令来组织和控制作业的执行
程序接口：用户通过程序间接使用的，编程人员可以使用它们来请求操作系统服务

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二、操作系统的特性

操作系统具有四个特性，包括：并发、共享、虚拟、异步。

2.1 并发

并发与并行
并发：两个或多个事件在同一时间间隔内发生，这些事件在宏观上是同时发生的，在微观上是交替发生的， 操作系统的并发性指系统中同时存在着多个运行的程序。
并行：两个或多个事件在同一时刻发生。
举例说明：
单核(CPU)同一时刻只能执行一个程序，因此操作系统会协调多个程序使他们交替进行（这些程序在宏观上是同时发生的，在微观上是交替进行的）。因为人的反映远远比不上电脑处理的速度，也就是不觉得“卡顿”。
操作系统是伴随着“多道程序技术出现的”，因此操作系统和并发是一同诞生的。

2.2 共享

共享的概念：资源共享即共享，是指系统中的资源可以供内存中多个并发执行的进程共同使用
共享分为两类：互斥共享和同时共享
（1）互斥共享 计算机中的某个资源在一段时间内只能允许一个进程访问，别的进程没有使用权 临界资源(独占资源)：在一段时间内只允许一个进程访问的资源，计算机中大多数物理设备及某些软件中的栈、变量和表格都属于临界资源，它们被要求互斥共享
举个例子：比如QQ和微信视频。同一段时间内摄像头只能分配给其中一个进程
（2）同时共享 计算机中的某个资源在在一段时间内可以同时允许多个进程访问 同时共享通常要求一个请求分为几个时间片段间隔的完成，即交替进行，“分时共享”
这里的同时指在宏观上是同时的，在微观上是交替进行访问的，只是cpu处理速度很快，我们感觉不到，在宏观上感觉是在同时进行
举个例子：比如QQ在发送文件A，微信在发送文件B，宏观上两个进程A和B都在访问磁盘，在我们看来是同时进行的，但是在微观上两个进程A和B是交替进行访问磁盘的，只是时间太短，cpu处理速度太快，我们感觉不到。
注意：有时候多个进程可能真的是在同时进行资源访问，比如玩游戏时可以放音乐，游戏声音和音乐声音都能听见。

2.3 虚拟

虚拟的概念：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。
原理：虚拟处理器（CPU）：通过多道程序设计技术，采用让多道程序并发执行的方法，分时来使用一个CPU，实际物理上只有一个CPU，但是用户感觉到有多个CPU

举例说明： 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…
我的电脑内存只有：4GB
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

2.4 异步

异步的概念：多道程序环境允许多个程序并发执行，但由于资源有限，如cpu只有一个，进程的执行并不是一贯到底的，而是走走停停的，它以不可预知的速度向前推进。

举例说明： 比如A进程正在占用CPU计算，B进程这时也想占用CPU计算，B进程只有等，等A进程算完了，A进程去访问磁盘资源了，这时B进程再占用CPU进行计算，B进程还没计算完，A进程从磁盘取出资源了，A进程发现B这时在占用CPU，这时A进程就需要等待，等B算完后再继续到CPU中进行计算。由于每个进程占用资源的时间不固定，所以进程的执行以不可预知的速度前进