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操作系统(OperatingSystem,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的分配;以提供给用户和其他软件便捷的插口和环境;它是计算机系统中最基本的、最接近系统硬件的系统软件。
换言之,操作系统可以理解为:
操作系统是系统资源的管理者;向下层提供便捷易用的服务;是最接近硬件的一层软件
直观的事例:打开Windows操作系统的“任务管理器”(快捷键:Ctrl+Alt+Del)
1.2操作系统功能
提出问题:由图形可以看出:
①操作系统硬件和软件中介层,即作为系统资源的管理者(那些资源包括软件、硬件、文件等),须要提供哪些功能?
用QQ和同事视频聊天的过程:
Step1:在各个文件夹中找到QQ安装的位置(如D:/Tencent/QQ/Bin)------文件管理
Step2:双击打开QQ.exe------将程序相关的数据装入显存,储存器管理
Step3:QQ程序正常运行------对应的进程被处理机(CPU)处理,处理机管理
Step4:开始和同事视频聊天------须要将摄像头设备分配给进程,设备管理
②操作系统作为用户与计算机硬件之间的插口,要为其下层的用户、应用程序提供简单易用的服务,须要实现哪些功能?
③操作系统作为最接近硬件的层次,须要在纯硬件的基础上实现哪些功能?
须要提供的功能和目标:实现对硬件机器的拓展
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上去,让各类硬件才能互相协调配合,实现更多更复杂的功能普通用户无需关心那些硬件在底层是如何组织上去工作的,只需直接使用操作系统提供的插口即可
总结,操作系统概念和功能:
1.3操作系统四大特点
其中并发和共享是最为基本的特点,两者互为存在条件
1.3.1并发
并发:指两个或多个风波在同一时间间隔内发生。这种风波宏观上是同时发生的,但微观上是交替发生的。
区别于并行:指两个或多个风波在同一时刻同时发生。
操作系统的并发性指计算机系统中“同时”运行着多个程序,这种程序宏观上看是同时运行着的,而微观上看是交替运行的。
操作系统就是伴随着“多道程序技术”而出现的。因而,操作系统和程序并发是一起诞生的。
注意:
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
例如Intel的第八代i3处理器就是4核CPU,意味着可以并行地执行4个程序
虽然是对于4核CPU来说,只要有4个以上的程序须要“同时”运行,这么并发性仍然是必不可少的linux系统命令,因而并发性是操作系统最基本的特点
1.3.2共享
共享即资源共享,是指系统中的资源可供显存中多个并发执行的进程共同使用。
所谓的“同时”往往是宏观上的,而在微观上,这种进程可能是交替地对该资源进行访问的(即分时共享)
生活实例:
互斥共享方法:使用QQ和陌陌视频。同一时间段内摄像头只能分配给其中一个进程。
同时共享方法:使用QQ发送文件A,同时使用陌陌发送文件B。宏观上看,两侧都在同时读取并发送文件,说明两个进程都在访问硬碟资源,从中读取数据。微观上看,两个进程是交替着访问硬碟的。
1.3.3并发性和共享区别及对应关系:
并发性指计算机系统中同时存在着多个运行着的程序。
共享性是指系统中的资源可供显存中多个并发执行的进程共同使用。
通过事例来看并发与共享的关系:
使用QQ发送文件A,同时使用陌陌发送文件B。
两个进程正在并发执行(并发性)须要共享地访问硬碟资源(共享性)
假如丧失并发性,则系统中只有一个程序正在运行,则共享性丧失存在的意义
假如丧失共享性,则QQ和陌陌不能同时访问硬碟资源,就难以实现同时发送文件,也就难以并发
所以:并发性与共享性互为存在的条件!
1.3.4虚拟
虚拟是指把一个数学上的实体变为若干个逻辑上的对应物。数学实体(后者)是实际存在的,而逻辑上对应物(前者)是用户感遭到的。
一个程序须要装入显存并给它分配CPU能够执行,假定我们笔记本4G显存、单核CPU,好多程序同时运行须要的显存远小于4GB,假定打开了6个应用软件,这么为何它们还可以在我的笔记本上同时运行呢?
答:这是虚拟储存器技术。实际只有4GB的显存,在用户看来好像远远小于4GB。实际上只有一个单核CPU,在用户看来好像有6个CPU在同时为自己服务。
虚拟技术中的“空分复用技术”和“时分复用技术”。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
时分复用技术通过处理机的空闲时间运行其他程序,提升了处理机的借助率
空分复用技术借助储存器的空闲空间分区域储存和运行其他的多道程序,借以提升显存的借助率。
1.3.5异步
异步是指,在多道程序环境下unix是网络操作系统,允许多个程序并发执行,但因为资源有限,进程的执行不是一贯究竟的,而是走走停停,以不可预知的速率往前推动,这就是进程的异步性。
因为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,因而进程的执行不是一贯究竟的unix是网络操作系统,而是走走停停的,以不可预知的速率往前推动
假如丧失了并发性,即系统只能串行地运行各个程序,这么每位程序的执行会一贯究竟。只有系统拥有并发性,才有可能造成异步性。
1.4操作系统的发展与分类
各阶段的主要优点都是解决了上一阶段的主要缺点
1.4.1手工操作阶段
主要缺点:用户独占全机、人机速率矛盾造成资源借助率极低
1.4.2批处理阶段——单道批处理系统
引入脱机输入/输出技术(用外围机+磁带完成),并由监督程序负责控制作业的输入、输出
主要优点:减轻了一定程度的人机速率矛盾,资源借助率有所提高。
主要缺点:显存中仅能有一道程序运行,只有该程序运行结束以后才会调入下一道程序。CPU有大量的时间是在空闲等待I/O完成。资源借助率仍然很低。
1.4.3批处理阶段——多道批处理系统
主要优点:多道程序并发执行,共享计算机资源。资源借助率急剧提高,CPU和其他资源更能保持“忙碌”状态,系统吞吐量减小。
主要缺点:用户响应时间长,没有人机交互功能(用户递交自己的作业以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:难以调试程序/未能在程序运行过程中输入一些参数)
1.4.4分时操作系统
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:用户恳求可以被即时响应,解决了人机交互问题。允许多个用户同时使用一台计算机,但是用户对计算机的操作互相独立,体会不到他人的存在。
主要缺点:不能优先处理一些紧急任务。操作系统对各个用户/作业都是完全公正的,循环地为每位用户/作业服务一个时间片,不分辨任务的紧急性。
1.4.5实时操作系统
在实时操作系统的控制下,计算机系统接收到外部讯号后及时进行处理,而且要在严格的期限内处理完风波。实时操作系统的主要特征是及时性和可靠性。
主要优点:才能优先响应一些紧急任务,个别紧急任务不需时间片排队
1.4.6其他几种操作系统
网路操作系统:是伴随着计算机网路的发展而诞生的,能把网路中各个计算机有机地结合上去,实现数据传送等功能,实现网路中各类资源的共享(如文件共享)和各台计算机之间的通讯。(如:WindowsNT就是一种典型的网路操作系统,网站服务器就可以使用)
分布式操作系统:主要特征是分布性和并行性。系统中的各台计算机地位相同,任何工作都可以分布在这种计算机上,由它们并行、协同完成这个任务。
个人计算机操作系统:如WindowsXP、MacOSlinux查看磁盘空间,便捷个人使用。
1.4.7操作系统分类小结