【百日千题计划】第一话· 操作系统的基本概念
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Hello大家好啊，我是kikokingzz，名字太长不好记，大家可以叫我kiko哦～
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考点1：操作系统的概念
知识点1：操作系统的概念
1.1 什么是操作系统？
1.2 什么是系统软件、应用软件、应用程序？
考点2：操作系统的特征
知识点2：操作系统的特征
2.1 并发性
2.2 共享性
2.3 虚拟性
2.4 异步性
考点3：操作系统的功能
知识点3：操作系统的功能
3.1 管理计算机系统资源
3.2 为用户与计算机硬件系统之间提供接口（重点会考）
3.3 实现对计算机资源的扩充
考点1：操作系统的概念
001.操作系统是对（ ）进行管理的软件。
A.软件
B.硬件
C.计算机资源
D.应用程序详细题解：
本题考查操作系统的基本概念，操作系统是指控制和管理整个计算机系统的硬件与软件资源的系统软件；硬件与软件资源合称为计算机资源，因此本题选C
✅正确答案：C
kiko：对于本题，我们开始讲述第一个知识点，那就是 【操作系统的概念】
知识点1：操作系统的概念
1.1 什么是操作系统？
计算机系统自下而上可以分为四个部分：硬件、操作系统、应用程序和用户，操作系统管理各种计算机硬件、为应用程序提供基础，并充当计算机硬件与用户之间的中间，控制和协调各用户的应用程序对硬件的分配和使用。
综上所述，操作系统是指控制和管理整个计算机系统的硬件与软件资源，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的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。
1.2 什么是系统软件、应用软件、应用程序？
系统软件：计算机中负责管理、运行、控制和维护计算机系统资源的软件；其包括操作系统、数据库管理系统、语言处理系统、服务性程序、标准库程序。
应用软件：使用系统软件所提供的服务为解决各种实际问题而编制的程序；如微信、QQ
应用程序：一个游戏应用软件包括程序（*.exe）和其他图片(*.bmp)、音效(*.wav)等附件，那么这个(*.exe)称作“应用软件”；而它与其他文件（图片、音效等）在一起合称“软件”。
考点2：操作系统的特征
002.下列关于并发性的叙述中，正确的是（ ）。
A.并发性是指若干事件在同一时刻发生
B.并发性是指若干事件在不同时刻发生
C.并发性是指若干事件在同一时间间隔内发生
D.并发性是指若干事件在不同时间间隔内发生详细题解：
本题我们需要了解并发与并行的区别；并发性是指若干事件在同一时间间隔内发生，微观上是交替发生的；并行性是指若干事件在同一时刻发生，微观上是同时发生的。
✅正确答案：C
kiko：这是一道极为基础的考查操作系统特征的题目，操作系统一共有4大特征，快来看看吧！
知识点2：操作系统的特征
操作系统是一种系统软件，但与其他系统软件和应用软件有很大的不同，它有自己的基本特征：并发性、共享性、虚拟性和异步性。
2.1 并发性
·并发概念：并发是指两个或多个事件在同一时间间隔内发生。这些事件宏观上是同时发生的，但微观上是交替发生的；操作系统的并发性是指计算机中同时存在多个运行的程序，因此它具有处理和调度多个程序同时执行的能力。
并发的实现方式：通过分时实现
·并行概念：并行是指两个或多个事件在用一时刻同时发生
于是我们可以引出关于单核/多核CPU的相关概念：
单核CPU：同一时刻只能执行一个程序，各个程序只能并发地执行。
多核CPU：同一时刻可以同时执行多个程序，多个程序可以并行地执行。
例如：4核CPU可以并行地执行4个程序
2.2 共享性
资源共享即共享，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。共享可以分为以下两种资源共享方式：互斥共享方式、同时访问方式。
1.互斥共享方式
系统中的某些资源，如打印机、磁带机，虽然可供多个进程使用，但为使得所打印或记录的结果不产生混淆，应规定在一段时间内只允许一个进程访问该资源。
因此，当进程A访问某个资源时，必须先提出请求，若此时该资源空闲，系统便将之分配给进程A使用，此后有其他进程也要访问该资源时，就必须等待
临界资源：把在一段时间内只允许一个进程访问的资源称为临界资源或独占资源
2.同时访问方式
系统中还有另一类资源，这类资源允许在一段时间内由多个进程“同时”访问，“同时”通常上是宏观上的“同时”，微观上是交替访问的（通常要求一个请求分几个时间片段间隔完成，其效果与连续完成的效果相同）；可供多个进程“同时”访问的典型资源是磁盘设备。
2.2+ 共享与并发的关系
并发性：指计算机系统中同时存在着多个运行着的程序。
共享性：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。
如果失去并发性，则系统中只有一个程序正在运行，共享性失去了存在的价值。
如果失去共享性，则系统中的程序，例如QQ和微信不能同时访问硬盘资源，就无法实现同时发送文件，也就无法并发。
可见，共享和并发之间你中有我，我中有你，互相不能分割
2.3 虚拟性
虚拟是指把一个物理上的实体变为若干逻辑上的对应物；用于实现虚拟的技术，称为虚拟技术。操作系统中利用了多种虚拟技术来实现虚拟处理器、虚拟内存和虚拟外部设备等。
时分复用技术
虚拟处理器技术是通过多道程序设计技术，采用让多道程序并发执行的方法，来分时使用一个处理器的，将物理上的一个CPU虚拟为多个逻辑上的CPU。此时，尽管只有一个处理器，但它能同时为多个用户服务，让多个终端用户感觉到有一个CPU在专门为它们服务。
空分复用技术
可以采用虚拟存储技术将一台机器的物理存储器变为虚拟存储器，以便从逻辑上扩充存储器的容量。此时，用户感觉到的内存容量是虚的，我们把用户感觉到的，但实际上并不存在的存储器称为虚拟存储器。
2.3+ 虚拟与并发的关系
如果失去了并发性，则一个时间段内系统中只运行一道程序，那么就失去了实现虚拟性的意义了。因此，没有并发性，就谈不上虚拟性。
2.4 异步性
异步是指，在多道程序并发执行的情况下，由于资源有限，进程的执行并不是一贯到底的，而是走走停停，它以不可预知的速度向前推进。
2.4+ 异步与并发的关系
如果失去了并发性，即系统一次只运行一道程序，系统只能串行地运行各个程序，那么每个程序的执行会一贯到底。只有系统拥有并发性，才可能导致异步性。
kiko：我们再看几道相同考点的题目，练练手～
003.现代操作系统中最基本的两个特征是（ ）。
A.并发和不确定
B.并发和共享
C.共享和虚拟
D.虚拟和不确定详细题解：
注意本题中“最基本的两个特征”，强调的是最基本的特征。我们首先应当知道，操作系统的特征有：并发、共享、虚拟和异步。
对于共享性而言：如果失去并发性，则系统中只有一个程序正在运行，共享性失去了存在的价值。
对于并发性而言：如果失去共享性，则系统中的程序，例如QQ和微信不能同时访问硬盘资源，就无法实现同时发送文件，也就无法并发。
可见，共享和并发之间你中有我，我中有你，互相不能分割。
对于虚拟性而言：如果失去了并发性，则一个时间段内系统中只运行一道程序，那么就失去了实现虚拟性的意义了。因此，没有并发性，就谈不上虚拟性。
对于异步性而言：如果失去了并发性，即系统一次只运行一道程序，系统只能串行地运行各个程序，那么每个程序的执行会一贯到底。只有系统拥有并发性，才可能导致异步性。
可见虚拟性和异步性都是在并发性的基础上建立起来的。
✅正确答案：B
考点3：操作系统的功能
004.下列选项中，（ ）不是操作系统关心的问题。
A.管理计算机裸机
B.设计、提供用户程序与硬件系统的界面
C.管理计算机系统资源
D.高级程序设计语言的编译器详细题解：
操作系统管理计算机软硬件资源，扩充裸机改造为功能更强大的机器，并充当用户与硬件交互的中介，因此A、B、C均满足要求，而高级程序语言的编译器显然不是操作系统关心的问题，编译器的实质是一段程序指令，它存储在计算机中。
✅正确答案：D
kiko：自此我们开始学习操作系统的功能相关内容啦～
知识点3：操作系统的功能
我们举一个直观的例子来理解操作系统的三大功能：例如，用户是老板，操作系统是工人，计算机是机器。
1.工人有熟悉的技能，能够管理控制机器——这就是操作系统对计算机资源的管理；
2.工人必须接收老板的命令——这就是操作系统作为中间“接口”；
3.有了工人，机器才能发挥更大的作用——因此工人（操作系统）就成了“扩充机器”。
3.1 管理计算机系统资源
1.进程管理（处理机管理）
计算机中同时并发运行多个进程，此时操作系统负责管理这些进程何时创建、何时撤销，避免这些进程之间发生冲突，合理共享。
进程管理包括：进程控制、进程同步、进程通信、死锁处理、处理机调度
2.内存管理（存储器管理）
为多道程序运行提供良好环境，方便用户使用及提高内存利用率。
内存管理包括：内存分配回收、地址映射、内存保护与共享、内存扩容
3.文件管理
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：文件存储空间的管理、目录管理及文件读写管理和保护
4.设备管理
完成✅用户的I/O请求，方便用户使用各种设备，并提高设备的利用率
设备管理包括：缓冲管理、设备分配、设备处理和虚拟设备
3.2 为用户与计算机硬件系统之间提供接口（重点会考）
1.命令接口：用户可以利用操作命令来组织和控制作业的执行
（1）联机命令接口（交互式）：由一组键盘操作命令组成。用户通过控制台输入操作命令，来控制作业的执行，可见提供的接口是实时的，适用于分时或实时系统的接口。
（2）脱机命令接口（批处理命令接口）：由一组作业控制命令组成。用户把需要执行的作业写成一份作业操作说明书，连同作业一块提交给系统，系统调度到该作业时，系统中的命令解释程序逐条解释执行说明书上的命令，从而间接控制作业的运行。适用于批处理系统。
2.程序接口：程序接口由一组系统调用（广义指令）组成。用户通过使用这些系统调用来请求操作系统为其提供服务，如使用各种外部设备、申请分配和回收内存等要求。
咱们代码设计师可以使用程序接口来请求操作系统服务，例如printf函数的底层使用了操作系统提供的显示相关的“系统调用”。
3.3 实现对计算机资源的扩充
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，将裸机改造成为功能更强，使用更方便的机器。我们通常把覆盖了软件的机器称为扩充机器或虚拟机。
005.下面的（ ）资源不是操作系统应该管理的。
A.CPU
B.内存
C.外存
D.源程序详细题解：
操作系统的第一大功能就是管理计算机系统资源，进一步可以细分为：进程管理（即处理机管理）、内存管理、文件管理（外存管理）、设备管理。对此A、B、C选项都是操作系统应该管理的。
对于D选项，源代码是一种计算机代码，是用程序设计语言编写的程序，例如用C语言源程序就是 .c文件，这是直接面向程序员用户的，不是操作系统管理的内容。当然源程序也算一种文件，但是操作系统的文件管理，关心的是文件的逻辑结构、物理结构等问题，而不是关心文件的具体内容。
✅正确答案：D
006.操作系统的基本功能是（ ）。
A.提供功能强大的网络管理工具
B.提供用户界面方便用户使用
C.提供方便的可视化编辑程序
D.控制和管理系统内的各种资源详细题解：
操作系统的一大功能就是管理计算机系统资源，即D选项内容，A、B、C选项内容都可以理解为应用程序提供的功能，而不是操作系统的功能
✅正确答案：D
07．用户可以通过（ ）两种方式来使用计算机。
A.命令接口和函数
B.命令接口和系统调用
C.命令接口和文件管理
D.设备管理方式和系统调用详细题解：
本题考查的是操作系统的“接口”功能：用户可以直接使用命令接口，或间接使用程序接口（即系统调用）来使用计算机，与计算机硬件系统交互。
✅正确答案：B
008.系统调用是由操作系统提供给用户的,它（ ）。
A.直接通过键盘交互方式使用
B.只能通过用户程序间接使用
C.是命令接口中的命令
D.与系统的命令一样详细题解：
系统调用是操作系统为应用程序使用内核功能所提供的接口，只能通过程序间接使用。
✅正确答案：B
009．操作系统提供给编程人员的接口是（ ）。
A.库函数
B.高级语言
C.系统调用
D.子程序详细题解：
操作系统为编程人员提供的接口就是程序接口，即系统调用。
✅正确答案：C