一、操作系统概述
1、操作系统的概念（什么是操作系统）
概念：操作系统 (Operating System， 0s) 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。
2、操作系统的功能和目标（操作系统要做些什么)
执行一个程序前需要将该程序放到内存中，才能被CPU处理。
根据操作系统的定义，操作系统的三个特点：1）操作系统是系统资源的管理者、2）向上层提供方便易用的服务、3）是最接近硬件的一层软件。分别从操作系统的这三个特点分析操作系统的功能和目标：
1）资源管理者提供的功能：处理机管理、存储器管理、文件管理、设备管理。目标：安全、高效
处理机管理：第一项任务是处理中断事件,第二项任务是处理器调度,确保在多道程序或多用户的情况下,组织多个作业或任务执行。
存储器管理：主要任务是管理存储器资源,为多道程序运行提供有力的支撑。主要功能包括 存储分配、存储共享、存储保护、存储扩充。
文件管理：对系统的信息资源的管理。主要任务是对用户文件和系统文件进行有效管理,实现按名存取;实现文件的共享、保护和保密,保证文件的安全性;提供给用户的一套能方便使用文件的操作和命令
设备管理：主要任务是管理各类外围设备,完成用户提出的I/O请求,加快I/O信息的传送速度,发挥I/O设备的并行性,提高I/O设备的利用率,以及提供各种设备的驱动程序和中断处理程序,向用户屏蔽硬件使用细节。有以下功能:提供外围设备的控制和处理、提供缓冲区的管理、提供外围设备的分配、提供共享型外围设备的驱动、实现虚拟设备。
2）向上层提供方便易用的服务：
主要是采用封装思想：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。
| 使用对象 | 分类 | 详细分类 | 举例 | 特点 |
|---|---|---|---|---|
| 直接给用户使用的 | GUI | 图形化用户接口 | windows、linux、ios图形化操作界面 | 用户可以使用形象的图形界面进行操作，而不再需要记忆复杂的命令、参数。 |
| 直接给用户使用的 | 命令接口 | 联机命令接口（交互式命令接口） | windows-cmd | 用户说一句，系统跟着做一句 |
| 直接给用户使用的 | 命令接口 | 脱机命令接口(批处理命令接口) | windows的*.bat文件 | 用户说一堆，系统跟着做一堆 |
| 给软件/程序员使用的 | 程序接口 | 可以在程序中进行系统调用（也称：广义指令）来使用程序接口。普通用户不能直接使用程序接口，只能通过程序代码间接使用。 | 写C语言“Hello world”程序时，在printf 函数的底层就使用到了操作系统提供的显式相关的“系统调用” |  |
命令接口和程序接口统称为：用户接口
3）作为最接近软件的层次：实现对硬件机器的扩展
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裸机：没有任何软件支持的计算机成为。
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虚拟机（扩充机器）：覆盖了软件的机器。
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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。
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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。
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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。
3、操作系统的4个特征
并发和共享为两个最基本的特征，互为存在条件
1）并发
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并发：指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。
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并行：指两个或多个事件在同一时刻同时发生。
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注意（重要考点）：
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同一时刻可以同时执行多个程序，多个程序可以并行地执行。
2）共享
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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。
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互斥共享方式（如摄像头设备的共享使用）：系统中的某些资源，虽然可以提供给多个进程使用，但一个时间段内只允许一个进程访问该资源。
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同时共享方式（如硬盘资源的共享使用）：系统中的某些资源，允许一个时间段内由多个进程“同时”对它们进行访问，所谓的“同时”往往是宏观上的，而在微观上，这些进程可能是交替地对该资源进行访问的（即分时共享）。
3）并发与共享的关系
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并发性指计算机系统中同时存在着多个运行着的程序。
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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。
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如果失去并发性，则系统中只有一个程序正在运行，则共享性失去存在的意义。
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如果失去共享性，则QQ和微信不能同时访问硬盘资源，就无法实现同时发送文件，也就无法并发。
4）虚拟
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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。
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空分复用技术（如虚拟存储技术）：一种多租户的虚拟化方式，通过共享未使用的物理资源，提供多个虚拟机的资源隔离，有效地提高了物理资源的利用率。
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时分复用技术（如虚拟处理技术）：微观上处理机在各个微小的时间段内交替着为各个进程服务
5）异步
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异步是指，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，以不可预知的速度向前推进，这就是进程的异步性。
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由于并发运行的程序会争抢着使用系统资源，而系统中的资源有限，因此进程的执行不是一贯到底的，而是走走停停的，以不可预知的速度向前推进如果失去了并发性，即系统只能串行地运行各个程序，那么每个程序的执行会一贯到底。只有系统拥有并发性，才有可能导致异步性。
4、操作系统的发展与分类
1）手工操作阶段
工作方式：程序员需要在纸带上打孔，有孔代表1，无孔代表0，然后将纸带放入纸带机识别，识别完成后再将数据输入计算机处理.
主要缺点：用户独占全机、人机速度矛盾导致资源利用率极低。
2）批处理操作阶段
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单道批处理 （为了解决手工操作阶段缺点，人们引入了 脱机输入/输出 技术，并监督程序负责控制作业的输入/出。）
工作方式：将数据录入至磁带，再识别磁带，使得效率提升。
优点：缓解一定程度的人机速度矛盾，资源利用率有所提升。
缺点：内存中仅有一道程序运行，只有在该程序全部运行完后才能调入下一程序。CPU有大量的时间是在空闲等待输入/出完成，资源利用率依然很低。
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多道批处理（操作系统开始出现! 为解决单道批处理问题，人们引入了 中断技术，使得各个程序并发执行，每次往内存中输入多道程序）
工作方式：每次向操作系统中读入多道程序。
优点：多道程序并发执行，共享计算机资源。资源利用率大幅提升，CPU和其他资源更能保持“忙碌”状态，系统吞吐量增大。
缺点：用户响应时间长，没有人机交互功能（用户提交自己的作业之后就只能等待计算机处理完成，中间不能控制自己的作业执行。eg：无法调试程序/无法在程序运行过程中输入一些参数）
3）分时操作系统
工作方式：计算机以时间片为单位轮流为各个用户/作业服务，各个用户可通过终端与计算机进行交互。
主要优点：用户请求可以被即时响应，解决了人机交互问题。允许多个用户同时使用一台计算机，并且用户对计算机的操作相互独立，感受不到别人的存在。
缺点：不能优先处理一些紧急任务。操作系统对各个用户/作业都是完全公平的，循环地为每个用户/作业服务一个时间片，不区分任务的紧急性。
4）实时操作系统
工作方式：计算机系统接收到外部信号后及时进行处理，并且要在严格的时限内处理完事件。
实时操作系统的主要特点：及时性和可靠性
主要优点：能够优先响应一些紧急任务，某些紧急任务不需时间片排队。
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硬实时操作系统
特点：必须在绝对严格的规定时间内完成
举例：绝对严格的规定时间（如导弹、自动驾驶）
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软实时操作系统
特点：能够接收偶尔的违反规定
举例：允许偶尔违反（12306火车订票）
5）网络操作系统
把网络中各个计算机有机地结合起来，实现数据传送等功能，实现网络中各种资源的共享（如文件共享）和各台计算机之间的通信。（如：Windows NT 就是一种典型的网络操作系统，网站服务器就可以使用
6）分布式操作系统
主要特点：分布性和并行性。
系统中的各台计算机地位相同，任何工作都可以分布在这些计算机上，由它们并行、协同完成这个任务文章来源：https://www.toymoban.com/news/detail-501409.html
7）个人计算机操作系统
如 Windows XP、MacOS，方便个人使用文章来源地址https://www.toymoban.com/news/detail-501409.html
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