操作系统浅谈

操作系统定义

操作系统（operating system）简称OS是一个系统软件，它管理计算机的软硬件资源，并为计算机程序提供服务.

操作系统的功能

1.存储管理

存储管理，实际上为多道程序的执行提供良好的环境，即使大家共处一个地方，但互不干扰，各得其所，充分利用内存空间，让用户感觉内存空间无限大，为此，存储管理应具有内存分配，内存保护，地址映射和内存扩充等功能。

2.设备管理

设备管理，当对外设提出I/O请求时，OS就为你分配所需的I/O设备；当获得了外设，并从中读取数据时，把读取的数据先缓存起来，让CPU尽量少干预，做自己的事，使得外设与CPU并行工作，这就是缓冲管理。进程发出的读写请求，最终是如何完成的，这就是设备驱动程序要做的事。

3.文件管理

文件管理，也就是文件系统，它负责管理在外存上的文件，并把对文件的存取，共享和保护等手段提供给用户，这不仅方便了用户，保证了文件的安全性，还可有效的提高系统资源的利用率。为此，文件管理应具有对文件存储空间的管理、目录管理、文件的读/写管理以及文件的共享与保护等功能。

4.进程管理

进程管理，一个程序运行起来后就是进程了，进程的控制权不再在用户手上了，而是全权交给操作系统了，这就是进程的控制，所谓控制就是进程生命周期的创建，执行，终止等等活动。一个进程是否能在CPU上执行，不是自己说了算，而是由OS的调度程序调度的，这就是进程的调度；多个进程在系统中运行时，互相之间可能互通信息，比如发消息或者共享文件等，这就是进程间通信，也可能会出现对CPU，外设，文件等各种资源的竞争，还可能共同协作做一些事情，这就是进程间的同步机制。

5.操作系统的接口

操作系统的接口，当我们要从磁盘上读取一个文件时，这是一件非常复杂的事情，这件事就交给OS来做，我们用户程序通过系统调用接口向OS发出read()请求，OS就把结果交给我们，从而把我们程序员从与硬件打交道的繁杂事务中解放出来，诸如此类，还有很多的脏活累活我们都可以交给OS去做，OS把完成后的结果以系统调用接口形式呈现出来。

操作系统作为最接近硬件的层次，需要在纯硬件的基础上实现什么功能/h2>

需要提供的功能和目标：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，又称为虚拟机。

三、操作系统的特征

1、并发

指多个事件在同一事件间隔内交替发生。

2、并行

指多个事件在同一时刻同时发生。

一个单核处理机CPU同一时刻只能执行一个程序，因此操作系统会负责协调多个程序交替执行（这些程序微观上是交替执行的，但是宏观上看起来就像同时执行）

当今的计算机，一般都是多核CPU，比如联想小新Pro16的CPU就是I5 11300H，它是一个四核CPU，这意味着同一时刻可以有4个程序并行执行，但是操作系统的并发性依然必不可少。因为电脑可能开着十几个应用程序，比如微信、谷歌、腾讯、酷狗音乐、Excel等等，都是需要同时工作的，而且电脑运行时，电脑系统自带的程序，也数不胜数。

3、共享

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。

两种资源共享的方式：

（1）互斥共享方式

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。

如对摄像头设备的共享使用。

（2）同时共享方式

系统中的某些资源，允许一个时间段内有多个进程“同时”对它们进行访问。

所谓的“同时”往往是宏观的，而从微观上讲，这些进程可能是交替地对该资源进行访问的，即分时共享。

如对硬盘资源的共享使用。

4、虚拟

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。物理实体是实际存在的，而逻辑上对应物是用户感知到的。

用一个例子来理解：

众所周知，一个程序需要放入内存并给它分配CPU才能执行。

GTA5游戏需要4GB的运行内存，QQ需要256MB的内存，迅雷需要250MB的内存， 易云音乐需要256MB的内存…

我的电脑4GB。

问题：这些程序同时运行需要的内存远远大于4GB，那么为什么它们还可以在我的电脑上同时运行呢/p>

答：这是虚拟存储器技术。实际只有4GB的内存，在用户看来似乎远远大于4GB。这应用了虚拟机技术中的“空分复用技术”。微观上处理机在各个微小的时间段内交替为各个进程服务。

5、异步

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，进程的执行不是一管到底的，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。

如果失去了并发性，则系统只能串行的处理各个进程，每个进程的执行会一贯到底，只有系统拥有并发性，才有可能导致异步性。

6、总结

如果没有并发和共享，就谈不上虚拟和异步，因此并发和共享是操作系统的两个最基本的特征。

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