计算机基础专升本笔记八-操作系统概述
计算机基础专升本笔记八-操作系统概述
操作系统(OS,Operating System)是计算机系统中的核心软件之一，它管理和控制计算机的硬件和软件资源，为用户和应用程序提供一个友好且高效的环境。操作系统的主要功能包括处理器管理、存储管理、设备管理、文件管理和作业管理等。
一、操作系统概念
操作系统是一控制和管理计算机系统的硬件和软件资源、控制程序执行、改善人机界面、合理地组织计算机工作流程并为用户使用计算机提供良好运行环境的一种系统软件。
操作系统是管理软硬件资源、控制执行、改善人机界面、合理组织计算机工作流程和为用户使用的计算机提供良好原型环境的一种系统软件。
操作系统是系统软件的核心。它的作用是管理计算机软、硬件资源，控制程序执行，并处理各种中断，改善人机界面，为用户使用计算机提供良好的运行环境。
二、操作系统的功能与特征
（1）操作系统管理功能：
处理机管理、存储管理、设备管理、文件管理、作业管理(常见于多选、填空)
①处理机管理
处理机管理主要有两项工作:一是处理中断事件,二是处理机调度。正是由于操作系统对处理机的管理策略不同，其提供的作业处理方式也就不同，如批处理方式、分时处理方式、实时处理方式等。
②存储管理
存储管理的主要任务是管理存储器资源，为多道程序运行提供有力的支撑。存储管理的主要功能包括存储分配、存储共享、存储保护和存储扩充。
③设备管理
设备管理的主要任务是管理各类外围设备，完成用户提出的I/O请求，加快I/O信息的传送速度，发挥I/O设备的并行性，提高I/O设备的利用率，以及提供每种设备的设备驱动程序和中断处理程序，向用户屏蔽硬件使用细节。设备管理具有以下功能:提供外围设备的控制与处理；提供缓冲区的管理;提供外围设备的分配；提供共享型外围设备的驱动和实现虚拟设备。
④文件管理
文件管理是对系统的信息资源进行管理。文件管理主要完成以下任务：提供文件的逻辑组织方法、物理组织方法、存取方法、使用方法，实现文件的目录管理、存取控制和存储空间管理。
⑤作业管理
用户需要计算机完成某项任务时要求计算机所做工作的集合称为作业。作业管理的主要功能是把用户的作业装入内存并投入运行。一旦作业进入内存,就称为进程。作业管理是操作系统的基本功能之一。
（2）操作系统的主要特征：
并发性、共享性、异步性、虚拟性(多选、填空)
①并发性指两个或两个以上的运行程序在同一时间间隔段内同时执行，并发技术的系统又称为多任务系统。包含用户程序与用户程序之间的并发以及用户程序与操作系统之间的并发。
②共享性是操作系统中资源（软硬件资源加粗样式）可被多个并发执行的进程所使用。包含互斥共享以及同步共享。
③异步性又称随机性、不确定性，发出的命令或按钮是随机的程序运行发生错误或异常的时刻是随机的。程序的运行时间以及运行顺序也具有不确定性。
④虚拟性把一个物理实体变成若干个逻辑上的对应物。虚拟技术可以实现虚拟处理器（CPU）、虚拟存储器和虚拟设备等。
（3）操作系统的虚拟性：
①虚拟处理器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，分时来使用一个CPU。实际上只有一个物理CPU，但是用户感觉到有多个CPU同时运行。
②虚拟存储器是从逻辑上扩充存储器容量，用户感觉到的存储器容量超过了实际的物理存储器容量。
③虚拟设备是将一台物理设备虚拟为逻辑上的多台设备，使多个用户在同一时间段内访问同一台设备，即同时共享。用户宏观上感觉是同时的，但实际上是微观交替访问同一台设备。
④操作系统的虚拟技术可以通过时分复用技术和空间复用技术来实现，例如处理器的分时共享和虚拟存储器。
三、操作系统的分类
按照操作系统的功能特征。操作系统一般可分为三种基本类型，即批处理系统、分时系统和实时系统。根据使用环境的不同，又可分为嵌入式操作系统、个人计算机操作系统、网络操作系统和分布式操作系统。
①批处理操作系统（Batch Processing Operating System）：这种操作系统适用于处理大批量的作业，通常在没有用户交互的情况下运行。它会按照一定的顺序自动执行作业。主要缺点是无交互性，通常用于科学计算的大型计算机上。
②分时操作系统（Time-sharing Operating System）：分时操作系统允许多个用户通过终端同时访问计算机系统。它会根据用户的需求，将处理器时间划分成时间片，以轮流为不同的用户提供服务。主要特点是多用户交互性、多路性、独占性、及时性、效率高（效率优先）。
③实时操作系统（Real-time Operating System）：实时操作系统对于时间敏感的应用非常重要，比如飞行控制系统、医疗设备等。它能够快速响应外部事件并及时完成任务。主要特点是交互性、可靠性、完整性、低延迟、响应快。
④网络操作系统（Network Operating System）：网络操作系统主要用于管理和协调网络中的计算机资源。它提供了文件共享、打印服务、用户身份验证等功能，以方便用户在网络上共享资源。
⑤分布式操作系统（Distributed Operating System）：分布式操作系统是一种通过多台计算机协同工作的操作系统。它可以将任务分配给不同的计算机，并使它们协同完成复杂的任务。
⑥嵌入式操作系统（Embedded Operating System）：嵌入式操作系统是为嵌入式系统设计的操作系统，它通常运行在嵌入式设备上，如智能手机、智能家居设备等。
⑦个人计算机操作系统（Personal Computer Operating System）：个人计算机操作系统是单用户操作系统。个人计算机操作系统主要供个人使用，功能强、价格低，可以在几乎任何地方安装使用，能满足一般人工作、学生、游戏等方面的需求。早期的DOS操作系统是单用户单任务操作系统，Windows7则是单用户多任务操作系统。
⑧手机操作系统（Mobile Operating System）：手机操作系统是专门为移动设备设计的操作系统，提供了移动应用程序的支持、管理移动硬件资源等功能。常见的手机操作系统包括iOS、Android等。
四、常见的操作系统
（1）单用户与多用户：
根据在同一时间使用计算机用户的多少，操作系统又可分为单用户操作系统和多用户操作系统。
①单用户操作系统是指一台计算机在同一时间只能由一个用户使用，一个用户独自享用系统的全部硬件和软件资源。
②多用户操作系统是指一台计算机在同一时间允许多个用户同时使用计算机的系统，多个用户共享计算机系统的硬件和软件资源。
（2）单任务与多任务：
根据在同一时间可以运行的应用程序的多少，操作系统又可分为单任务操作系统和多任务操作系统。
①多任务操作系统：如果用户在同一时间可以运行多个应用程序(每个应用程序被称作一个任务),则这样的操作系统称为多任务操作系统。
②单任务操作系统：如果用户在同一时间只能运行一个应用程序,则对应的操作系统称为单任务操作系统。
（3）典型操作系统：
①DOS操作系统是单用户单任务操作系统；
②Windows XP是单用户多任务操作系统；
③Windows 7是多用户多任务操作系统；
④UNIX是多用户多任务操作系统；
⑤Linux是多用户多任务操作系统；
⑥iOS、Android是移动端操作系统；
④UNIX是多用户多任务操作系统；
⑤Linux是多用户多任务操作系统；
五、设置操作系统的目的
①提高计算机系统的效率；
②增强系统的处理能力；
③提高系统资源的利用率；
④方便用户使用计算机。
六、计算机作业和进程的区别
计算机作业（Job）和进程（Process）是两个不同的概念，它们在计算机系统中的角色和特点有所不同。
（1）作业（Job）：
作业是用户提交给计算机系统的一组相关任务或程序的集合。它通常包含一个或多个程序、数据和作业控制信息。
作业可以是一个独立的任务单元，例如批处理操作系统中的一次作业运行。作业的执行通常是批量进行的，即一个作业开始执行后，直到完成或出错才会切换到下一个作业。
（2）进程（Process）：
进程是操作系统中的一个执行实体，表示正在运行的程序的实例。
进程是计算机系统中资源分配和调度的基本单位，拥有自己的内存空间、程序计数器、寄存器等。一个程序可以对应多个进程的实例，每个进程都是相互独立的，拥有自己的执行上下文。
（3）主要区别：
①作业是用户提交的一组任务或程序的集合，而进程是操作系统中正在执行的程序的实例。
②作业通常以批量方式执行，而进程可以并发或交替执行。
③作业是一个整体，包含多个程序和数据，而进程是一个执行实体，具有自己的内存空间和执行环境。
④作业的切换是在作业级别进行的，而进程的切换是在进程级别进行的。
需要注意的是，不同的操作系统和上下文中可能对这两个概念有所不同的定义和解释。上述区别是一般情况下的描述。
七、关于鸿蒙（HarmonyOS）
鸿蒙（HarmonyOS）是华为公司推出的一款基于微内核架构的分布式操作系统，旨在为全场景智能化时代的多终端设备提供统一、高效、安全的操作系统解决方案。它可以支持手机、平板、电视、车载系统、智能穿戴等多种设备类型，并具有以下特点：
①分布式架构：鸿蒙采用了基于微内核的分布式架构，支持不同设备之间的协同工作，实现设备间的资源共享和协同处理。
②统一开发：鸿蒙提供了一套完整的开发者工具链和应用框架，使开发者可以更快速地开发和发布跨平台应用。
③高性能：鸿蒙在内核设计上采用了轻量级的微内核架构和高速消息传递机制，提高了系统的响应速度和性能表现。
④安全可靠：鸿蒙对系统安全性进行了全方位的设计和考虑，采用了多层次的安全防护策略和技术手段，确保系统的安全可靠性。
⑤多终端适配：鸿蒙能够适应多种终端设备，支持多种交互方式和显示模式，并提供了一套标准化的设备接口和应用框架。