操作系统--1.操作系统概念

前言

为了自己复习方便，也为了给那些和我一样准备考计四的同学，一份能起到帮助的复习资料。若有错误之处还请指出。

计算机四级的网络工程师考试总共有两部分，一部分是操作系统占50分，一部分是计算机网络占50分。考试中每部分均要达到30分以上即为成绩合格

计算机四级网络工程师复习笔记整理

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操作系统的概念

计算机系统

计算机系统包括硬件系统和软件系统。硬件系统是计算机工作的实体，软件系统是保障计算机按用户指令的要求协调工作。计算机系统的资源包括两大类硬件资源和软件资源。
中央处理器（cpu）、内存储器、外存储器以及各种IO设备组成了计算机硬件系统，各种程序和数据则组成了计算机的软件系统。

集中了资源管理功能和控制程序执行功能的软件，称为操作系统。

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操作系统定义

是大型软件程序，属于系统软件，是具有各种功能的、大量程序模块的集合。
主要任务：
1.组织和管理计算机系统中的硬件及软件资源。提高资源利用率，合理组织计算机工作流程并控制程序的执行
2.向用户提供各种服务功能。
向程序开发和设计人员提供高效的程序设计接口；
向使用计算机系统的用户提供使用计算机的接口；

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操作系统的特征

主要包括并发性、共享性、和随机性。

并发性是指在计算机系统中同时存在若干个运行的程序。
并发性体现在如下两个方面：用户程序与用户程序之间并发执行、用户程序与操作系统程序之间并发执行。
单处理器环境，宏观上并行，微观（处理器级别）上交替；多处理器环境，宏观微观上皆并行。

共享性是指操作系统程序与多个用户程序共用系统中的各种资源。
主要针对这几个重要资源：中央处理器、内存储器、外存储器、外部设备
对资源的共享有两种形式：
互斥共享：一般特定的时间内只能由某一个用户程序使用，如打印机、扫描仪等（临界资源）
同时共享：同一时间内可以被多个程序同时访问（宏观上同时，微观上交替），如硬盘

随机性：操作系统的运行是在一种随机的环境下进行的。这种随机的含义是操作系统不能对所运行的程序的行为以及硬件设备的情况作出任何事先的假定。
随机性的含义：操作系统正处于什么样的状态之中是无法确切知道的。但是，随机性并不代表操作系统不能很好的控制资源的使用和程序的运行，随机性突出强调了在进行操作系统的设计与实现要充分考虑各种可能性。

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操作系统的观点

从不同的观点进行理解和认识操作系统

从软件的观点
操作系统是一种大型软件系统，是多种功能程序的集合，有软件的外在特性（命令定义集合界面）和内在特性（特殊的软件内部结构）
从资源管理的观点
面对众多的用户程序、作业争夺处理器、存储器、设备和共享软件资源，操作系统负责协调
从进程的观点
操作系统可以看作是由多个可以同时独立运行的程序和一个对这些程序进行协调的核心所组成。进程可以分为用户进程和系统进程两大类，而操作系统则控制和协调这些进程的运行。
虚拟器的观点
将操作系统的功能分为若干个层次，每一层次完成特定的功能，从而构成一个虚拟器，并为上一层次提供支持，构成它的运行环境。如用户不需要直接操作硬件机器（裸机）。
服务提供者观点
操作系统提供了一系列的功能和便利的工作环境为用户服务，所以可以把操作系统看作是服务提供者。为用户提供了一组广义指令，称为系统调用。

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操作系统的功能

按照资源管理的观点，操作系统的功能主要可以分为五类
进程管理（处理器管理）
存储管理
文件管理
设备管理（主要指IO外设）
作业管理（用户接口）

进程管理
又称处理器管理，即对中央处理器（cpu）进行管理；为了提供CPU的利用率，现代操作系统都采用了多道程序技术。
进程管理的内容：
进程控制主要处理进程的创建、状态转换、进程撤销以及相关的进程资源的分配与回收等事务
进程同步主要处理进程之间的关系，包括进程的同步与互斥
进程间通信主要处理互相协作进程之间信息的交换问题
进程调度是按照一定的算法从就绪队列中挑选一个进程在处理器中真正执行它
主要概念
在多道程序环境下，进程是操作系统进行资源分配的单位。
线程是现代操作系统中处理器时间分配的基本单位，代表一个指令的执行流及执行的上下文环境，一个进程可以包含多个线程。
互斥是指多个进程对临界资源访问时采用互斥的形式，同步是在互相协同完成任务的进程之间，用同步机制调节他们之间的执行顺序。

存储管理
存储管理的任务是管理计算机的内部资源
存储管理有三个方面的任务
内存分配与回收当多个程序共享有限的内存资源时，要考虑如何为多个程序分配有限的内存空间
存储保护存放在内存中的多个程序和数据应该彼此隔离、互补侵扰
内存扩充实际物理内存空间有限，内存扩充即将内存和外存结合起来管理，为用户提供一个容量比实际内存大的多的虚拟存储器

文件管理
在计算机系统中的信息资源（如程序和数据）是以文件的形式存放在外存储器上，需要时再把他们装入内存。
文件存储空间的管理为每个文件分配外存空间，为了提高空间利用率，通常采用离散分配方式
目录管理给出组织文件的方法，它为每个文件建立目录项，以便按名存取
文件系统的安全性安全性包括文件的读写权限管理以及存取管理

设备管理
设备管理是指计算机系统中除了CPU和内存以外的所有输入输出设备的管理
设备管理应为用户提供一个良好的界面

用户接口
从用户的角度来看，操作系统是用户与计算机系统之间的接口。接口管理的任务是为用户提供一个使用系统的良好环境。

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