操作系统知识如何学？本文带你捋一遍

目录

一. 操作系统知识体系总结 

二. 什么是操作系统

三. 操作系统的目标和作用

3.1 操作系统的目标

1）方便性(用户的观点) ：

2）有效性(系统管理人员的观点)：

3）可扩充性：

4）开放性：

3.2 操作系统的作用 

1）OS作为用户与计算机硬件系统之间的接口：

2）OS作为计算机系统资源的管理者：

3）OS用作扩充机器(OS实现了计算机资源的抽象) ：

3.3 推动操作系统发展的主要动力 

四. 操作系统专栏

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一. 操作系统知识体系总结 

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二. 什么是操作系统

        操作系统（Operating System，OS）是配置在计算机硬件上的第一层软件，是对硬件系统的首次扩充。

        操作系统是现代计算系统中最基本和最重要的系统软件。

        操作系统的主要作用是管理好这些计算机资源，提高它们的资源利用率和系统吞吐量，为用户和应用程序提供一个简单的接口。

        操作系统是管理计算机硬件与软件资源的程序模块集，同时也是计算机系统的内核与基石。管理与配置内存、决定系统资源供需的优先次序、控制输入输出设备、管理文件系统等基本事务。操作系统也提供一个让用户与系统交互的操作界面。

        操作系统是一个复杂的软件，外沿、边界不是特别固定，很难有一个完整、精确、公认的定义 。

• 操作系统的非形式化定义(关键点):

1. 系统软件,程序模块集；
2. 资源管理和用户接口功能。

• 核心知识点如下:

1. 控制和管理计算机系统的硬件、软件资源。
2. 合理调度各类资源,提高系统效率和吞吐量。
3. 方便用户使用。
4. 硬件系统之上的第一层软件。 

 紧贴系统硬件之上，所有其他软件之下(是其他软件的共同环境)

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三. 操作系统的目标和作用

3.1 操作系统的目标

        操作系统的目标与应用环境有关。通常在计算机系统上配置的OS,其目标有以下4点:

1）方便性(用户的观点) ：

• 操作系统最终是要为用户服务的；
• 在没有配置OS的计算机上工作，即在计算机硬件（裸机）上运行自己编写的程序，需要机器语言书写程序；
• 在计算机硬件上配置了OS，提供良好的、一致的用户接口,直接通过OS提供的各种命令操纵计算机系统,使计算机更容易使用。 

2）有效性(系统管理人员的观点)：

• 有效性包含的第一层含义——提高系统资源的利用率；
• 有效性包含的第二层含义——提高系统的吞吐量；    

        操作系统要合理地组织计算机的工作流程,提高系统资源的利用率（OS发展的主要动力）,提高系统的吞吐量，从而使有限的资源完成更多的任务。 

3）可扩充性：

• OS从无结构—模块化结构—层次化结构—微内核结构；
• OS广泛采用了微内核结构，方便增添新的功能和模块,并能将原有的功能和模块进行修改，具有良好的可扩充性。 

4）开放性：

• 随着Internet的迅速发展，使计算机OS的应用环境由单机环境转向网络环境，对OS的开放性提出了更高的要求。
• 所谓开放性，是指系统遵循标准规范，特别是遵循开放系统互联OSI国际标准，彼此兼容、实现互连,实现应用程序的可移植性和互操作性。
• 开放性已成为20世纪90年代以后计算机技术的一个核心问题，是衡量一个新推出的系统或软件能否被广泛应用的重要因素。 

3.2 操作系统的作用 

（1）OS作为用户与计算机硬件系统之间的接口；

（2）OS作为计算机系统资源的管理者；

（3）OS用作扩充机器；

1）OS作为用户与计算机硬件系统之间的接口：

• OS处于用户与计算机硬件系统之间,用户通过OS来使用计算机系统。或者说,用户在OS帮助下,能够方便、快捷、安全、可靠地操纵计算机硬件和运行自己的程序。应注意,OS是一个系统软件,因而这种接口是软件接口。
• 命令方式：

1. 联机用户接口(命令)；
2. 脱机用户接口(批处理)；

• 系统调用方式：

1. 形式上类似于过程调用,在应用编程中使用(API)；

• 图形-窗口方式：

1. 用户通过屏幕上的窗口和图标来操纵计算机系统和运行自己的程序。

OS作为接口的示意图

2）OS作为计算机系统资源的管理者：

        在一个计算机系统中，通常都含有各种各样的硬件和软件资源。归纳起来可将资源分为四类：处理器、存储器、I/O设备以及文件(数据和程序)。相应地，OS的主要功能也正是针对这四类资源进行有效的管理，即：

1. 处理机管理， 用于分配和控制处理机；
2. 存储器管理，主要负责内存的分配与回收；
3. I/O设备管理，负责I/O设备的分配与操纵；
4. 文件管理，负责文件的存取、共享和保护。

3）OS用作扩充机器(OS实现了计算机资源的抽象) ：

• I/O设备管理软件实现了对硬件操作的第一个层次的抽象

1. 在裸机上覆盖一层I/O设备管理软件,用它实现I/O设备操作的细节,并向上将I/O设备抽象为一组数据结构及一组I/O操作命令，用户利用这些数据结构及操作命令进行数据的输入输出。  
2. 用户此时看到的计算机是一台功能强大、使用方便的计算机,但实际上,计算机的硬件丝毫没有变化,这样的计算机称为软件扩充的机器,或称软件虚拟机。

• 在裸机上添加:I/O设备管理软件、文件管理软件、存储管理(针对内存和外存)、处理机管理(针对CPU)、窗口软件。
• 文件管理软件实现了对硬件操作的第二个层次的抽象。依次类推，OS是铺设在计算机硬件上多层软件的集合，实现了对硬件操作的多个层次的抽象模型，形成了功能更强的虚机器。

OS是扩展机(extended machine)/虚拟机(virtual machine) ；

 OS能把一台“裸机”改造成功能更强大、用户使用更方便灵活、更安全可靠的虚拟机；

3.3 推动操作系统发展的主要动力 

• 不断提高计算机资源利用率：   

1. 计算机发展初期,计算机系统特别昂贵,用作集中计算。人们千方百计地提高计算机资源的利用率，这是OS发展    的最初动力。

• 方便用户：

1. 当资源利用率不高的问题基本解决后，用户上机、调试程序时的不方便性成为主要矛盾，这是继续推动OS发展的主要因素。

• 器件的不断更新换代：

1. CPU的位宽度(指令和数据)、快速外存 ；

• 计算机体系结构的不断发展：

1. 从单处理机到多处理机；
2. 从单机OS到网络OS；

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四. 操作系统专栏

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