操作系統基本概念
一、操作系統的概念
操作系統（Operating System，OS）是指控制和管理整個計算機的硬件與軟件資源，合理地組織、調度計算機的工作與資源的分配，進而爲用戶和其他軟件提供方便接口與環境的程序集合。- 操作系統是計算機系統中最基本的系統軟件。
二、操作系統的特徵
- 操作系統的基本特徵有
併發、共享、虛擬和異步。
1、併發
- 併發，Concurrence，
指兩個或兩個以上的事件在同一時間間隔內發生，對於操作系統就是指同同時有兩個或兩個以上的程序在運行，因此操作系統具有處理和調度多個程序同時執行的能力。每個正在運行的程序就是一個進程。 - 同一時間間隔（併發）和同一時刻（並行）的區別：
- 多道程序環境中，一段時間內，
宏觀上有多個程序同時執行，而在每個時刻，單處理機環境中只有一道程序執行，因此微觀上這些程序仍是分時交替執行；所以，操作系統的併發性是通過分時來實現的。 而併發性是指“系統具有同時進行運算或操作的特性，在同一時刻能完成兩種或兩種以上的工作”，並行性需要硬件的支持。
2、共享
- 共享，Sharing，即
資源共享，指系統中的資源可供內存中多個併發執行的進程共同使用，共享的方式有互斥共享和同時訪問共享。
2.1、互斥共享
- 主要是
針對某些資源一段時間內只允許一個進程訪問該資源，例如打印機、相機，這是爲了避免數據混淆。實行互斥共享的資源，當有進程A請求訪問時，首先先查看資源是空閒還是忙，若空閒則直接分配給進程A使用，反之若是資源正忙，那麼進程A必須等待，等到其他進程訪問完並釋放資源，A才能使用資源。 - 對於這種一段時間內只允許一個進程訪問的資源稱之爲
臨界資源或獨佔資源。 - 計算機中的大多數物理設備和軟件所使用的棧、變量和表格，都是臨界資源。
2.2、同時訪問共享
使用同時訪問共享的資源，往往不會因爲同個時刻有多個進程訪問而出現數據混淆，這類資源的典型就是磁盤；值得注意的時，這裏的同時是宏觀上的，也就是一個時間段；同時訪問共享，其實是將一個請求分幾個時間片段間隔地完成，其效果與連續完成地效果一樣。而對於互斥共享，即便要求在很短一個時間片段內就可以完成，也只能滿足這個請求而不允許其他請求，設想一下打印機，如果用同時共享訪問，那麼勢必出現在同一張 A4 紙上出現兩個文檔內容混雜在一起地情況。
3、共享和併發地關係
- 併發和共享是操作系統地兩個基本特徵，彼此互爲存在地條件：
- 1）
資源共享以併發爲條件，若系統無法併發，也就是同一時間間隔內只有一個程序在執行，那麼也就不存在資源共享問題了。 - 2）
若系統不能有效管理資源共享，例如無法有效管理程序對相機地使用，那麼所有要用到計算機地程序地執行必定受到影響，要麼彼此阻塞，要麼彼此競爭，甚至所有地程序都直接奔潰。
4、虛擬
- 虛擬，Virtual，
指把一個物理上存在地實體變爲若干邏輯上地對應物，用於實現虛擬化地技術，稱爲虛擬技術。利用虛擬技術可以實現虛擬處理器、虛擬存儲等。 虛擬處理器是通過多道程序設計技術，採用讓多道程序併發執行地方法，來分時使用一個處理器，讓每個終端用戶感覺到有一箇中央處理器在專門爲他服務。虛擬存儲則是從邏輯上擴充存儲器的容量，此時用戶感受到的內存容量並不是真實存在的。- 虛擬機是現在大多數人進行多操作系統的選擇，也就是在物理主機上通過安裝專門的用於跑虛擬機的平臺軟件，如 VirtualBox，在平臺軟件虛擬出一臺電腦，再在這個虛擬電腦上安裝一個不同意物理主機上的系統的操作系統。
- 總的來說，操作系統的虛擬技術可歸納爲：
時分複用技術和空分複用技術。
5、異步
- 異步，Asynchronism，
指多道程序環境下的進程因爲資源有限而走走停停，以不可知的速度向前推進。 異步性讓操作系統運行在一種隨機的環境下，可能導致進程出現與時間有關的錯誤，但是，只要運行環境相同，操作系統就必須保證多次運行進程後都能獲得相同的結果。
二、操作系統的目標和功能
- 爲了給程序和用戶提供一個良好環境，操作系統應當
具有管理計算機資源的功能、爲用戶提供訪問底層硬件資源的統一接口、用作擴充機器。
1、管理資源
- 操作系統對計算機的資源管理大致可以分爲：
處理機（CPU）管理、存儲器管理、文件管理和設備管理。
1.1、處理機管理
- 也就是
對進程的管理，進程何時創建、何時撤銷，如何管理、如何避免衝突，合理共享都是進程管理的主要任務，進程管理的主要功能有進程控制、進程同步、進程通信、死鎖處理、處理機調度等。
1.2、存儲器管理
- 主要包括
內存的分配與回收、地址映射、內存保護與共享和內存擴充等功能，以提高內存利用率爲目標。
1.3、文件管理
- 計算機中的信息都是以文件的形式存在的，
操作系統中負責文件管理的部分稱爲文件系統，文件管理包括文件存儲空間管理、目錄管理及文件讀寫管理和保護等。
1.4、設備管理
- 設備管理主要任務是
完成用戶的 I/O 請求，方便用戶使用各種設備，並提高設備利用率，主要包括緩衝管理、設備分配、設備處理和虛擬設備等。
2、統一接口
- 操作系統提供的接口有兩大類：
命令接口和程序接口；前者讓用戶通過這些操作命令來組織和控制作業的執行，後者讓編程人員用於獲取系統服務。
2.1、命令接口
- 使用命令接口的方式有聯機控制和脫機控制，按控制方式的不同命令接口分爲
聯機命令接口和脫機命令接口。
1）聯機命令接口
- 又稱爲
交互式命令接口，適用於分時或實時操作系統，命令由一組鍵盤操作命令組成。工作流程： - 用戶在終端或控制檯輸入一條命令，然後控制器轉交給命令解釋程序，命令解釋程序解釋並執行命令對應的功能，然後再將控制器回交給控制檯或終端，用戶再輸入下一條命令，循環反覆知道完成所有工作。
4）脫機命令接口
- 也叫做
批處理命令接口，適用於批處理系統，命令則是由一條條有特定意義的字符串組成，工作流程： - 用戶新建一個批處理文件，在文件中編寫用於完成工作的相關命令，保存文件，再在終端或控制檯調用批處理程序執行批處理文件，執行過程用戶無法干預。
2.2、程序接口
- 程序接口由
一組系統調用，也就是廣義指令組成，用戶在程序中使用這些系統調用請求系統服務，從而完成想要作的事。 - 時下最流行 GUI，圖形接口，就是通過調用程序接口實現的；所以在這裏要明白的另一件事就是，
GUI 並不是操作系統的一部分，而是基於操作系統的應用程序。
3、用作擴充機器
沒有任何軟件支持的機器稱爲裸機，是計算機系統的物質基礎；而我們所熟知的計算機系統則是經過層層軟件改造後的計算機；簡單理解，裸機在最裏面，操作系統在最外面，操作系統所提供的資源管理功能和方便用戶使用的各種服務，將裸機改造爲功能更強、使用更方便的機器，因而，通常稱覆蓋了軟件的機器稱爲擴充機器或虛擬機。