操作系统基本概念
一、操作系统的概念
操作系统（Operating System，OS）是指控制和管理整个计算机的硬件与软件资源，合理地组织、调度计算机的工作与资源的分配，进而为用户和其他软件提供方便接口与环境的程序集合。- 操作系统是计算机系统中最基本的系统软件。
二、操作系统的特征
- 操作系统的基本特征有
并发、共享、虚拟和异步。
1、并发
- 并发，Concurrence，
指两个或两个以上的事件在同一时间间隔内发生，对于操作系统就是指同同时有两个或两个以上的程序在运行，因此操作系统具有处理和调度多个程序同时执行的能力。每个正在运行的程序就是一个进程。 - 同一时间间隔（并发）和同一时刻（并行）的区别：
- 多道程序环境中，一段时间内，
宏观上有多个程序同时执行，而在每个时刻，单处理机环境中只有一道程序执行，因此微观上这些程序仍是分时交替执行；所以，操作系统的并发性是通过分时来实现的。 而并发性是指“系统具有同时进行运算或操作的特性，在同一时刻能完成两种或两种以上的工作”，并行性需要硬件的支持。
2、共享
- 共享，Sharing，即
资源共享，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，共享的方式有互斥共享和同时访问共享。
2.1、互斥共享
- 主要是
针对某些资源一段时间内只允许一个进程访问该资源，例如打印机、相机，这是为了避免数据混淆。实行互斥共享的资源，当有进程A请求访问时，首先先查看资源是空闲还是忙，若空闲则直接分配给进程A使用，反之若是资源正忙，那么进程A必须等待，等到其他进程访问完并释放资源，A才能使用资源。 - 对于这种一段时间内只允许一个进程访问的资源称之为
临界资源或独占资源。 - 计算机中的大多数物理设备和软件所使用的栈、变量和表格，都是临界资源。
2.2、同时访问共享
使用同时访问共享的资源，往往不会因为同个时刻有多个进程访问而出现数据混淆，这类资源的典型就是磁盘；值得注意的时，这里的同时是宏观上的，也就是一个时间段；同时访问共享，其实是将一个请求分几个时间片段间隔地完成，其效果与连续完成地效果一样。而对于互斥共享，即便要求在很短一个时间片段内就可以完成，也只能满足这个请求而不允许其他请求，设想一下打印机，如果用同时共享访问，那么势必出现在同一张 A4 纸上出现两个文档内容混杂在一起地情况。
3、共享和并发地关系
- 并发和共享是操作系统地两个基本特征，彼此互为存在地条件：
- 1）
资源共享以并发为条件，若系统无法并发，也就是同一时间间隔内只有一个程序在执行，那么也就不存在资源共享问题了。 - 2）
若系统不能有效管理资源共享，例如无法有效管理程序对相机地使用，那么所有要用到计算机地程序地执行必定受到影响，要么彼此阻塞，要么彼此竞争，甚至所有地程序都直接奔溃。
4、虚拟
- 虚拟，Virtual，
指把一个物理上存在地实体变为若干逻辑上地对应物，用于实现虚拟化地技术，称为虚拟技术。利用虚拟技术可以实现虚拟处理器、虚拟存储等。 虚拟处理器是通过多道程序设计技术，采用让多道程序并发执行地方法，来分时使用一个处理器，让每个终端用户感觉到有一个中央处理器在专门为他服务。虚拟存储则是从逻辑上扩充存储器的容量，此时用户感受到的内存容量并不是真实存在的。- 虚拟机是现在大多数人进行多操作系统的选择，也就是在物理主机上通过安装专门的用于跑虚拟机的平台软件，如 VirtualBox，在平台软件虚拟出一台电脑，再在这个虚拟电脑上安装一个不同意物理主机上的系统的操作系统。
- 总的来说，操作系统的虚拟技术可归纳为：
时分复用技术和空分复用技术。
5、异步
- 异步，Asynchronism，
指多道程序环境下的进程因为资源有限而走走停停，以不可知的速度向前推进。 异步性让操作系统运行在一种随机的环境下，可能导致进程出现与时间有关的错误，但是，只要运行环境相同，操作系统就必须保证多次运行进程后都能获得相同的结果。
二、操作系统的目标和功能
- 为了给程序和用户提供一个良好环境，操作系统应当
具有管理计算机资源的功能、为用户提供访问底层硬件资源的统一接口、用作扩充机器。
1、管理资源
- 操作系统对计算机的资源管理大致可以分为：
处理机（CPU）管理、存储器管理、文件管理和设备管理。
1.1、处理机管理
- 也就是
对进程的管理，进程何时创建、何时撤销，如何管理、如何避免冲突，合理共享都是进程管理的主要任务，进程管理的主要功能有进程控制、进程同步、进程通信、死锁处理、处理机调度等。
1.2、存储器管理
- 主要包括
内存的分配与回收、地址映射、内存保护与共享和内存扩充等功能，以提高内存利用率为目标。
1.3、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部分称为文件系统，文件管理包括文件存储空间管理、目录管理及文件读写管理和保护等。
1.4、设备管理
- 设备管理主要任务是
完成用户的 I/O 请求，方便用户使用各种设备，并提高设备利用率，主要包括缓冲管理、设备分配、设备处理和虚拟设备等。
2、统一接口
- 操作系统提供的接口有两大类：
命令接口和程序接口；前者让用户通过这些操作命令来组织和控制作业的执行，后者让编程人员用于获取系统服务。
2.1、命令接口
- 使用命令接口的方式有联机控制和脱机控制，按控制方式的不同命令接口分为
联机命令接口和脱机命令接口。
1）联机命令接口
- 又称为
交互式命令接口，适用于分时或实时操作系统，命令由一组键盘操作命令组成。工作流程： - 用户在终端或控制台输入一条命令，然后控制器转交给命令解释程序，命令解释程序解释并执行命令对应的功能，然后再将控制器回交给控制台或终端，用户再输入下一条命令，循环反复知道完成所有工作。
4）脱机命令接口
- 也叫做
批处理命令接口，适用于批处理系统，命令则是由一条条有特定意义的字符串组成，工作流程： - 用户新建一个批处理文件，在文件中编写用于完成工作的相关命令，保存文件，再在终端或控制台调用批处理程序执行批处理文件，执行过程用户无法干预。
2.2、程序接口
- 程序接口由
一组系统调用，也就是广义指令组成，用户在程序中使用这些系统调用请求系统服务，从而完成想要作的事。 - 时下最流行 GUI，图形接口，就是通过调用程序接口实现的；所以在这里要明白的另一件事就是，
GUI 并不是操作系统的一部分，而是基于操作系统的应用程序。
3、用作扩充机器
没有任何软件支持的机器称为裸机，是计算机系统的物质基础；而我们所熟知的计算机系统则是经过层层软件改造后的计算机；简单理解，裸机在最里面，操作系统在最外面，操作系统所提供的资源管理功能和方便用户使用的各种服务，将裸机改造为功能更强、使用更方便的机器，因而，通常称覆盖了软件的机器称为扩充机器或虚拟机。