(一)操作系统的概述

操作系统是计算机系统中的一个系统软件，是一些程序模块的集合。

操作系统的作用

1. 资源的管理者（有效）

• 硬件资源：CPU，内存，设备(I/O设备、磁盘、时钟、网络卡等)
• 软件资源：磁盘上的文件、各类管理信息等

2. 通过命令接口、编程接口等为用户提供各种服务（方便使用）
   操作系统为用户提供了一组功能强大，方便易用的命令或系统调用。如：进程的创建、执行；文件和目录的操作；I/O设备的使用...
3. 对硬件机器的扩展（扩展能力）
   操作系统在应用程序与硬件之间建立了一个等价的扩展机器(虚拟机)。对硬件抽象，提高可移植性；比底层硬件更容易编程。

如何管理资源

1. 跟踪记录资源的使用状况(数据结构)
   如：哪些资源空闲，分配给谁使用，允许使用多长时间等。
2. 确定资源分配策略——算法。
   常见的策略有 静态分配策略，动态分配策略。
3. 实施资源的分配和回收
4. 提供资源利用率
5. 保护资源的使用
6. 协调多个进程对资源请求的冲突

从资源管理角度，操作系统有5大基本功能

1. 进程/线程管理，也称CPU管理
   进程线程状态、控制、同步互斥、通信、调度...
2. 存储管理
   分配/回收、地址转换、存储保护、内存扩充...
3. 文件管理
   文件目录、文件操作、磁盘空间、文件存取控制...
4. 设备管理
   设备驱动、分配回收、缓冲技术...
5. 用户接口
   系统命令、编程接口

操作系统的特征

1. 并发(concurrency)：指处理多个同时性活动的能力。
   由于并发将会引发很多的问题：活动切换、保护、相互依赖的活动间的同步。
   在计算机系统中同时存在多个程序运行，单CPU上：

• 宏观上：这些程序同时在执行
• 微观上：任何时刻只有一个程序真正在执行，即这些程序在CPU上是轮流执行的。

并行(parallel)：与并发相似，但多指不同程序同时在多个硬件部件上执行。
跑马拉松，大家都在一起往前跑，就是并发。如果是110米栏，每个人都必须在自己的跑道上进行就是并行。

2. 共享(sharing)：操作系统与多个用户的程序共同使用计算机系统中的资源(共享有限的系统资源)。
   操作系统要对系统资源进行合理分配和使用；资源在一个时间段内交替被多个进程所用。

• 互斥共享(如打印机，一个进程用完后才能分给另一个进程使用)
• 同时共享(如可重入代码、磁盘文件)

3. 虚拟(virtual)：一个物理实体映射为若干个对应的逻辑实体——分时或分空间。
   虚拟是操作系统管理系统资源的重要手段，可提高资源利用率。

• CPU——每个进程的“虚处理机”
• 存储器——每个进程都有独立的虚拟地址空间(代码+数据+堆栈)
• 显示设备——多窗口或虚拟终端

4. 随机：操作系统必须随时对以不可预测的次序发生的事件进行响应并处理。

• 进程的运行速度不可预知：多个进程并发执行，“走走停停”，无法预知每个进程的运行推进的快慢
• 难以重现系统在某个时刻的状态(包括重现运行中的错误)

操作系统架构

windows操作系统架构