操作系统介绍-第1套

操作系统充当计算机用户和计算机硬件之间的中介。操作系统的目的是提供一个用户可以方便、高效地执行程序的环境。

操作系统是管理计算机硬件的软件。硬件必须提供适当的机制，以确保计算机系统的正确运行，并防止用户程序干扰系统的正确运行。

操作系统– 定义：

• 操作系统是控制应用程序执行的程序，是计算机用户和计算机硬件之间的接口。
• 一个更常见的定义是，操作系统是计算机上始终运行的一个程序（通常称为内核），其他所有程序都是应用程序。
• 操作系统涉及资源和服务的分配，如内存、处理器、设备和信息。相应地，操作系统包括管理这些资源的程序，例如流量控制器、调度器、内存管理模块、I/O程序和文件系统。

操作系统的功能—— 操作系统执行三项功能：

1. 便利性： 操作系统使计算机使用更方便。
2. 效率： 操作系统可以有效地利用计算机系统资源。
3. 进化能力： 操作系统的构建方式应确保能够在不干扰服务的情况下同时有效地开发、测试和引入新的系统功能。
4. 吞吐量： 操作系统的构造应该使其能够提供最大的 吞吐量 （单位时间内的任务数）。

操作系统的主要功能：

• 资源管理： 当操作系统中发生并行访问时，意味着当多个用户访问系统时，操作系统充当资源管理器，其职责是为用户提供硬件。它减少了系统中的负载。
• 流程管理： 它包括各种各样的任务，比如 行程安排 , 终止 这是整个过程的一部分。操作系统一次管理各种任务。在这里 处理机调度 “发生”意味着所有任务都将由用于调度的许多算法完成。
• 存储管理： 这个 文件系统 用于管理存储的机制。 NIFS , CFS , CIFS , NFS 等是一些文件系统。所有数据都存储在由storage manager管理的各种硬盘磁道中。包括 硬盘 .
• 内存管理： 指主存储器的管理。操作系统必须跟踪使用了多少内存以及由谁使用。它必须决定哪个进程需要多少内存空间。操作系统还必须分配和释放内存空间。
• 安全/隐私管理： 操作系统还通过密码提供隐私，使未经授权的应用程序无法访问程序或数据。例如，Windows使用 Kerberos 用于防止未经授权访问数据的身份验证。

作为用户界面的过程操作系统：

1. 使用者
2. 系统和应用程序
3. 操作系统
4. 硬件

每台通用计算机都由硬件、操作系统、系统程序和应用程序组成。硬件包括内存、CPU、ALU、I/O设备、外围设备和存储设备。系统程序包括编译器、加载程序、编辑器、操作系统等。应用程序包括业务程序、数据库程序。

图1：计算机系统的概念视图

每台计算机都必须有运行其他程序的操作系统。操作系统在各种系统程序和应用程序之间为各种用户协调硬件的使用。它只是提供了一个环境，其他程序可以在其中执行有用的工作。

操作系统是在计算机系统上运行的一组特殊程序，使其能够正常工作。它执行基本任务，如识别键盘输入、跟踪磁盘上的文件和目录、将输出发送到显示屏以及控制外围设备。 操作系统的设计有两个基本目的：

1. 它控制计算系统资源在不同用户和任务之间的分配和使用。
2. 它提供了计算机硬件和程序员之间的接口，简化了应用程序的编码、创建和调试，并使其成为可能。

操作系统必须支持以下任务。这些任务是：

1. 提供使用编辑器创建、修改程序和数据文件的工具。
2. 访问用于将用户程序从高级语言转换为机器语言的编译器。
3. 提供一个加载程序，将编译后的程序代码移到计算机内存中执行。
4. 提供处理I/O编程细节的例程。

I/O系统管理- 跟踪设备状态的模块称为I/O流量控制器。每个I/O设备都有一个设备处理程序，该处理程序位于与该设备关联的单独进程中。 I/O子系统包括

• 一种内存管理组件，包括缓冲缓存和假脱机。
• 通用设备驱动程序接口。

特定硬件设备的驱动程序。

汇编程序- 汇编器的输入是汇编语言程序。输出是一个目标程序加上信息，使加载程序能够准备执行目标程序。有一段时间，计算机程序员拥有一台基本的机器，可以通过硬件解释某些基本指令。他会通过编写一系列的1和0（机器语言）来编程这台计算机，将它们放入机器的内存中。

编译器– 高级语言（例如FORTRAN、COBOL、ALGOL和PL/I）由编译器和解释器处理。编译器是一种程序，它接受“高级语言”中的源程序，并生成相应的目标程序。解释器是一种似乎执行源程序就像执行机器语言一样的程序。同一名称（FORTRAN、COBOL等）通常用于指定编译器及其相关语言。

装载机- 加载程序是加载目标程序并准备执行的例程。有多种加载方案：绝对、重新定位和直接链接。通常，加载程序必须加载、重新定位和链接目标程序。加载器是一个将程序放入内存并准备执行的程序。在一个简单的加载方案中，汇编程序将程序的机器语言翻译输出到辅助设备上，加载程序将其放入核心。加载器将用户程序的机器语言版本放入内存，并将控制权转移给它。由于加载器程序比汇编程序小得多，因此用户程序可以使用更多的内核。

操作系统历史– 多年来，操作系统一直在发展。下表显示了操作系统的历史。

操作系统的类型 –

• 批处理操作系统——计算机程序中的作业序列，无需人工干预。
• 分时操作系统——允许许多用户共享计算机资源。（资源的最大利用率）。
• 分布式操作系统——管理一组不同的计算机，使其看起来像一台计算机。
• 网络操作系统——在不同操作系统中运行的计算机可以参与一个公共网络（用于安全目的）。
• 实时操作系统——意味着应用程序可以确定最后期限。

操作系统的例子有——

• Windows（基于GUI的PC）
• GNU/Linux（个人、工作站、ISP、文件和打印服务器、三层客户机/服务器）
• macOS（Macintosh），用于苹果的个人电脑和工作站（MacBook，iMac）。
• Android（谷歌针对智能手机/平板电脑/智能手表的操作系统）
• iOS（苹果针对iPhone、iPad和iPod Touch的操作系统）

参考资料- 操作系统概念书 操作系统简介–NPTEL