操作系统概论:揭秘计算机背后的神秘力量

操作系统概论 & 功能

  • 概述
  • 定义
  • 操作系统功能
    • 作为系统资源的管理者
    • 向上层提供方便易用的服务
    • 作为最接近硬件的层次

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概述


概念:

  • 定义
    • 控制和管理计算机硬件和软件资源的程序
    • 一种系统软件
    • 为上层用户、应用程序提供简单易用的服务
    • 负责管理协调硬件、软件等计算机资源的工作
  • 发展历程
    • 从简单批处理系统到现代复杂操作系统
  • 类型
    • 单用户、多用户、实时、分布式、嵌入式等

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定义


  操作系统(Operating System,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分配;以提供给用户和其他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

  • 操作系统是系统资源的管理者
  • 向上层提供方便易用的服务
  • 是最接近硬件的一层软件

操作系统功能


功能:

  • 资源的管理者
    • 设备管理
      • 设备驱动
      • 设备调度
      • 设备缓冲区管理
      • 设备错误处理
        |
    • 文件管理
      • 文件创建
      • 文件读写
      • 文件访问控制
      • 文件目录管理
    • 存储管理
      • 内存分配
      • 内存保护
      • 内存扩充
      • 虚拟内存管理
    • 进程管理
      • 进程创建
      • 进程调度
      • 进程同步
      • 进程通信
      • 进程终止
  • 用户接口
    • 为上层提供服务
      • 普通用户
        • 图形用户界面
        • GUI图形界面
      • 命令行界面
        - 联机命令接口
        • 脱机命令接口
      • 软件/程序员
        • 网络用户界面
        • 程序接口 (系统调用)
  • 扩充机器
    | 对硬件机器的扩展

作为系统资源的管理者


  执行一个程序前需要将该程序放到内存中,才能被 CPU 处理

使用 QQ 和朋友视频聊天的过程:

  1. 找到 QQ 的安装位置 —— 逐层打开文件夹,找到 QQ.exe 这个程序的存放位置(文件管理)
  2. 双击打开 QQ.exe —— 需要把该程序相关数据放入内存(存储管理)
  3. QQ 程序正常运行 —— 对应的进程被处理机 CPU 处理(进程管理)
  4. 开始和朋友视频聊天 —— 需要将摄像头设备分配给进程(设备管理)

通过上述例子,我们可知操作系统作为系统资源的管理者,提供了文件管理、存储管理、进程管理、设备管理四个功能。

向上层提供方便易用的服务


  对于硬件来说,只听得懂二进制指令,用户很难直接操作硬件,所以操作系统进行了一定的封装,仅仅暴露出简单易用的接口。

  封装思想:操作系统把一些难以直接操作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。

作为最接近硬件的层次


  需要实现对硬件机器的拓展

  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

  通常把覆盖了软件的机器称为扩充机器,又称之为虚拟机

  操作系统对硬件机器的拓展: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

  普通用户无需关心这些硬件在底层是怎么组织起来工作的,只需直接使用操作系统提供的接口即可

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