操作系统

对于现代计算机来说，操作系统需要研究的内容主要有一下几个方面：进程/线程的调度、内存管理、文件管理、磁盘管理和I/O。

计算机的主要功能是计算，提到计算，首先要明确几个概念：

• 对于某个问题的描述叫做模型
• 解决某个问题的过程叫做算法
• 具体的执行过程叫做计算
• 计算用的工具叫做计算器

计算机就是用来计算的工具，而操作系统就是计算机的一部分。早期的计算工具尽可能比较简陋，也可能是纯手工计算，也可能是通过类似算盘的工具进行计算。

冯诺依曼是美籍匈牙利人，在上个世纪四十年代他通过总结计算过程，得出了一个能够自动完成计算的计算器的组成主要应该包括存储器、控制器、计算器、输入设备和输出设备，也就是大名鼎鼎的冯诺依曼计算机体系，时至今日，现代的计算机结构主要还是遵循冯诺依曼体系构建的。

但冯诺依曼知识在硬件层面上规定的计算机的组成部分，可直接让硬件面向用户进而实现计算功能那几乎是不可能的，所以就需要在硬件的基础上开发出一套操作系统，这个操作系统向下能够管理硬件资源，向上能够给用户提供简单明了的使用方法，所以，从硬件到最终用户的一个依赖露酒就是: 硬件 → 操作系统 → 应用软件 → 最终用户。

概述

概念	控制和管理整个计算机系统的硬件和软件资源，并合理的组织调度计算机的工作和资源的分配，以提供给用户和其他软件方便的接口和环境，它是计算机系统中最基础的系统软件
功能	向下：管理资源 ①处理机管理②存储器管理③文件管理④设备管理；向上：提供服务 ①命令接口②程序接口③GUI界面
目标	管理硬件资源，为用户提供使用更方便的功能
产品	Windows/Mac/Linux/Android/IOS

特性

特性	描述
并发性	两个或多个事件在同一时间间隔内交替发生，这些事件在宏观上是同时发生，但在微观上是交替发生
共享性	即资源共享，系统中的资源可供内存中多个并发执行的进程共同使用，共享方式分为互斥共享（比如摄像头）和同时共享（网络资源）
虚拟性	把一个物理实体划分成若干个逻辑上的对应物，物理实体是实际存在的，而逻辑上的对应物是用户感受到的
异步性	在多道程序环境下允许多个程序并发执行，但由于资源有限，进程的执行不是一贯到底而是走走停停的，以不可预知的速度向前推进

操作系统的发展与分类

种类	描述
手工操作	利用手工在纸带上打孔的方式实现任务的输入和结果的输出，主要缺点是用户独占全机、人机速度矛盾导致计算机的资源利用率低下
单道批处理	引入了处理速度更快的磁带，将打孔纸带的数据提前读入磁带，然后通过一个监督程序来控制，将其输入到计算机，计算机的输出结果再反向输出到磁带上，这样就解决了人机速度的差异，提高了资源利用率，但缺点在于计算机中仍然仅能有一道程序运行，并且cpu有大量的时间在空闲等待IO操作，资源利用率仍然很低
多道批处理	一次将多道程序读入磁带，通过监督程序输入到计算机后，计算机并发的执行（此时引入了中断技术），大幅度提高了计算机的使用效率，但缺点在于由于同时处理多道程序，对于某一个用户的响应时间会变长，并且没有人机交互功能，用户只能死等
分时操作系统	计算机以时间片为单位，轮流为各个用户/作业提供服务，并且用户可以通过终端与计算机进行交互，但缺点在于分时操作系统在处理任务时所有任务都是平等的，不会区分紧急与非紧急任务
实时操作系统	能够优先响应一些紧急任务，某些紧急任务不需要时间片排队
其他	网络操作系统、分布式操作系统、个人计算机系统