前言

✨本篇为博主 考研操作系统 的第一篇：1.1 操作系统的基本概念

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笔记

       操作系统是软件的核心。

       操作系统管理各种计算机硬件，为应用程序提供基础，充当计算机硬件与用户之间的中介，控制和协调各用户的应用程序对硬件的分配与使用。操作系统是指控制和管理整个计算机系统的硬件与软件资源，合理地组织，调度计算机的工作与资源分配，进而为用户和其他软件提供方便接口与环境的程序集合。操作系统是系统资源的管理者，并向上层提供方便易用的服务。操作系统是计算机系统重最基本的系统软件（是最接近硬件的软件）。

 操作系统的四大特征：（关键字）

       1.并发：在 同一时间间隔 内发生；同时存在多个运行的程序；每个时刻，单处理机环境下仅能有一道程序执行；具有处理和调度多个程序同事执行的能力；操作系统重引入进程目的是使程序能够并发执行；并发性是通过分时实现的；<区别并时：同一时刻；需要硬件支持>

       2.共享：共享就是资源共享；系统中的资源可被多个并发执行的进程共同使用；分为两类：

       a.互斥共享方式（QQ，微信视频时摄像头只有一个能用）：一段时间内只允许一个进程访问该资源；A访问完并释放资源后，B才可以访问；一段时间内只允许一个进程访问的资源称为临界资源（大多数物理设备以及某些软件中用的栈，变量，表格）

      b.同时访问方式（QQ，微信同时发文件）：允许一段时间内有多个进程 “同时” 访问，““同时” 是宏观上，微观上是交替访问，即 “分时共享”（注：也可以微观上也是同时的：边听歌边打游戏发语音）“同时” 访问的典型资源：磁盘设备。

      互斥共享是要求一段时间内（哪怕很小一段时间）只能满足一个请求，同时访问是把一个请求分好几个时间片段间隔地完成，效果和连续是相同的。

       并发和互斥是操作系统最基本的两个特征，他们互为存在条件：没有并发执行不存在资源共享，不能资源共享并发就无法执行。  

     3.虚拟：把一个物理上的实体变成逻辑上的对应物；没有并发性就谈不上虚拟性；实现虚拟的技术是虚拟技术；虚拟技术可以分为：

    a.时分复用技术（处理器的分时共享）：通过多道程序设计技术，让多道程序并发执行，分时使用一个处理器，即虽然只有一个CPU，但是可以为多个用户服务，并且每个用户认为自己是独占一个CPU

       b.空分复用技术（虚拟存储器）：把机器的物理存储器变成虚拟存储器，从逻辑上扩充存储器的容量，此时用户感觉到的内存容量是虚的。

      4.异步：多个程序执行的时候，由于资源有限，进程的执行是走走停停的，以不可预知的速度向前推进；只有系统拥有并发性，才可能导致异步性；只要运行环境相同，操作系统就须保证多次运行进程后都能获得相同的结果。

       操作系统作为系统资源的管理者：

     1.处理机管理：多道程序环境下，处理机的分配和运行以进程（线程）为基本单位；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。

      2.存储器管理：给多到程序执行提供环境；主要包括内存分配与回收，地址映射，内存保护与共享，内存扩充。

     3.文件管理：计算机中的信息都是以文件的形式存在的；操作系统中负责文件管理的是文件系统，包括对存储空间的管理，目录管理以及文件读写管理和保护。

   4.设备管理：完成用户的 I/O 请求；包括缓冲管理，设备分配，设备处理和虚拟设备。

操作系统作为用户与计算机硬件系统之间的接口

       1.命令接口：命令接口进行作业控制的主要方式分为：联机控制方式和脱机控制方式；根据作业控制方式的不同可分为：联机命令接口和脱机命令接口。

     a.联机命令接口（交互式命令接口）：用户说一句，系统做一句；强调了交互性

     b.脱机命令接口（批处理命令接口）：用户说一堆，系统做一堆。

 2.程序接口：注：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；程序接口就是系统调用，就是广义指令；用户在程序中通过这些系统调用来请求操作系统为其提供服务（使用各种外部设备，申请分配和回收内存等）；图形用户界面（GUI），即图形接口不是操作系统的一部分，但是GUI 最终是调用程序接口实现的，即图形接口所调用的系统调用命令是操作系统的一部分；系统调用类似函数调用，是应用程序请求操作系统服务的唯一方式。

       操作系统实现了对计算机资源的扩充

       没有任何软件支持的计算机是裸机，它只构成了物质基础；裸机在最里面，外面是操作系统；我们通常把覆盖了软件的机器称为扩充机器或虚拟机。

习题总结

     源程序是一种计算机代码，是用程序设计语言编写的程序，是直接面向程序员用户的，而不是操作系统的管理内容。操作系统管理文件，是指操作系统关心计算机中的文件的逻辑结构，物理结构，文件内部结构，多文件之间如何组织的问题，而不是关心文件的具体内容。

      CPU，外存，内存资源都是操作系统所管理的资源。

      程序语言的编译器实质上是一段程序指令，不是操作系统所关心的问题。

      用户在程序中试图读某文件的第100个逻辑块，使用操作系统提供的系统调用接口：文件I/O需要在内核态运行。

       命令解释器属于命令接口，shell是命令解释器，系统中的缓存全部由操作系统管理，对用户是透明的，操作系统不提供管理系统缓存的系统调用。

      引入多道程序设计后，程序的执行就失去了封闭性和顺序性，顺序性是单道程序设计的基本特征，因为共享资源及相互协同的原因产生了竞争，相互制约，考虑到竞争的公平，程序的执行是断续的。

  操作系统是用来管理资源的程序，用户程序也是在操作系统的管理下完成的，配置了操作系统的机器与裸机相比，资源利用率大大提高。

       单处理机系统中，可并行的是：处理机与设备，处理机与通道，设备与设备；进程和进程不可并行。

       库函数是高级语言中提供的与系统调用对应的函数（也有些库函数与系统调用无关），库函数属于用户程序而非系统调用，是系统调用的上层。

       系统开机后，操作系统的程序会被自动加载到内存中的系统区，这段区域就是 RAM。

辨析库函数与系统调用：库函数是语言或应用程序的一部分，运行在用户空间中。系统调用是操作系统的一部分，运行在内核空间中。许多库函数会使用系统调用来实现功能，没有使用系统调用的库函数的执行效率会较高，这是因为在使用系统调用的时候，需要上下文的切换以及状态的转换（用户态转为内核态）