操作系统的概念、并发和并行的区别、操作系统的发展和分类

一、操作系统的概念

• 操作系统（Operation System ,OS）是指控制和管理真个计算机系统的硬件和软件资源，并合理的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本的系统软件。

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• 1.操作系统是系统的管理者
• 2.向上层提供方便易用的服务
• 3.是最接近硬件的一层软件。

1.1操作系统作为系统资源的管理者

执行一个程序前需要将该程序放到内存中，才能被CPU处理。

• 用QQ和朋友视频聊天的过程：
• • 1.在文件夹中找到QQ安装的位置
• • 2.双击打开QQ.exe
• • 3.QQ程序正常运行
• • 4.开始和朋友视频聊天

分别对应着
1.处理机管理：逐层打开文件夹，找到程序（可执行文件）的存放位置
2.存储器管理：需要把该程序相关数据放入内存
3.文件管理：对应的进程被处理机（CPU）处理
4.设备管理：将摄像头设备分配给进程

1.2向上层提供方便易用的服务

• 封装思想：
• 操作系统把一些丑陋的硬件功能封装成简单易用的服务，使用户能更方便的使用计算机，用户无需关心底层硬件的原理，只需要对操作系统发出命令即可。

GUI:图形化用户接口（Graphical User Interfase）
用户可以使用形象的图形界面进行操作，而不需要记忆复杂的命令、参数，
例：在Windows操作系统中，删除一个文件只需要把文件“拖拽”到回收站即可。

1.2.1 联机命令接口（交互式命令接口）

• 特点：用户说一句，系统跟着做一句

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1.2.2 脱机命令接口（批处理命令接口）

• 使用Windows系统，找到一个*.bat的文件，用记事本打开
  

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• 当运行这个文件时，操作系统会根据文件中的内容一条一条执行
• 特点：用户说一堆，系统做一堆。

1.2.3程序接口

• 可以在程序中进行系统调用来使用程序接口。
• 普通用户不能直接使用程序接口，只能通过程序代码简洁使用。

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• 系统调用类似于函数调用，是应用程序请求操作系统服务的唯一方式。

1.3最接近硬件的一层软件

• 需要实现对硬件机器的拓展
• 没有任何软件支持的计算机称为裸机，在裸机上安装的操作系统，可以提供资源管理功能和方便用户的服务功能，将裸机改造成功能更强、使用更方便的机器
• 通常把覆盖了软件的机器称为扩充机器，又称之为虚拟机
• 操作系统对硬件机器的拓展：将CPU、内存、磁盘、显示器、键盘等硬件合理的组织起来，让各种硬件能够相互协调配合，实现更多更复杂的功能

二、操作系统的特征

2.1并发

• 指两个或多个事件在同一时间间隔内发生。
• 这些事件在宏观上是同时发生的，但微观上是交替发生的。
• 并行：
• 指两个或多个事件在同一时刻同时发生。
• 操作系统的并发性指计算机系统中“同时”运行着多个程序，这些程序宏观上看是同时运行的，而微观上看是交替运行的。
• 注意：
• • 单核CPU同一时刻只能执行一个程序，各个程序只能并发的执行
• • 多核CPU同一时刻可以同时执行多个程序，多个程序可以并行的执行
• 即使是对于4核CPU来说，只要有4个以上的程序需要“同时”运行，那么并发性依然是必不可少的，因此并发性是操作系统一个最基本的特性。

2.2共享

• 共享即资源共享，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。
• 互斥共享方式：
• • 系统中的某些资源，虽然可以提供给多个进程使用，但一个时间段内只允许一个进程访问该资源
• 同时共享方式：
• • 系统中的某些资源，允许一个时间段内由多个进程“同时”对它们进行访问
• 并发性指计算机系统中同时及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的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，则共享性失去存在的意义
• • 如果失去共享性，则两个进程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
• 并发性与共享性互为存在条件

2.3虚拟

• 虚拟是指把一个物理上的实体变为若干个逻辑上的对应物。
• 物理实体（前者）是实际存在的，而逻辑上的对应物（后者）是用户感受到的。
• • “空分复用技术”：如虚拟存储器技术
• • 虚拟技术中的“时分复用技术”，微观上处理机在各个微小的时间段内交替着为各个进程服务。
• 如果失去了并发性，则一个时间段内系统只需运行一道程序，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

• 指在多道程序环境下，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的，而是走走停停，以不可预知的速度向前推进。
• 如果失去了并发性，即系统只能串行的运行各个程序，那么每个程序的执行会一贯到底。
• 只有系统拥有并发性，才有可能导致异步性。

没有并发和共享，就谈不上虚拟和异步，因此并发和共享是操作系统的两个最基本的特征。

三、操作系统的发展和分类

3.1手工操作阶段

• 纸带机输入
• 缺点：用户独占全机、人机速度矛盾导致资源利用率极低。

3.2批处理阶段（单道批处理系统）

• 引入脱机输入/输出技术（用外围机+磁带完成），并由监督程序负责控制作业的输入、输出。
• 通过外围机把程序提前存到磁带里。
• 监督程序:操作系统的雏形。
• 主要优点：
• • 缓解了一定程度的人机速度矛盾，资源利用率有所提升。
• 主要缺点：
• • 内存中仅有一道程序运行，只有该程序运行结束之后才能调入下一道的程序
• • CPU有大量的时间是在空闲等待I/O完成。
• • 资源利用率依然很低。

3.2批处理阶段（多道批处理系统）

• 操作系统正式诞生，用于支持多道程序并发运行
• 每次往内存中读入多道程序。
• 主要优点：
• • 多道程序并发执行，共享计算机资源
• • 资源利用率大幅提升
• • CPU和其他资源更能保持“忙碌”状态，系统吞吐量增大。
• 主要缺点：
• • 用户响应时间长，没有人机交互功能（用户提交自己的作业之后就只能等待计算机处理完成，中间不能控制自己的作业执行）
• • 无法调试程序/无法在程序运行过程中输入一些参数

3.3分时操作系统

• 计算机以时间片为单位轮流为各个用户/作业服务，各个用户可通过终端与计算机进行交互。
• 主要优点：
• • 用户请求可以被即时响应，解决了人机交互问题。
• • 允许多个用户同时使用一台计算机，并且用户对计算机的操作相互独立，感受不到别人的存在。
• 主要缺点：
• • 不能优先处理一些紧急任务
• • 操作系统对各个用户/作业都是完全公平的，循环的为每个用户/作业服务一个时间片，不区分任务的紧急性。

3.3实时操作系统

• 主要优点：
• • 能够优先响应一些紧急任务，某些紧急任务不需时间片排队。
• 在实时操作系统的控制下，计算机系统接收到外部信号后及时进行处理，并且要在严格的时限内处理完事件。
• 实时操作系统的主要特点是及时性和可靠性。
• 硬实施系统：
• • 必须在绝对严格的规定时间内完成处理
• 软实施系统：
• • 能接受偶尔违反时间规定

总结

本文主要介绍了操作系统的概念、特征及分类，注意并发和并行的区别，欢迎各位小伙伴点赞+关注！！！