操作系统简介

阅读目录

一  为什么要有操作系统

二  操作系统的位置

三  操作系统的功能

四  操作系统的发展

五  多道技术作业

 

一  为什么要有操作系统

现代的计算机系统主要是由一个或者多个处理器，主存，硬盘，键盘，鼠标，显示器，打印机，网络接口及其他输入输出设备组成。

计算机是一个复杂的系统结构，如果没有操作 系统的话，程序员想要运行程序，就必须掌握硬件每一个细节，结构工作原理等，而且硬件多而复杂，那么程序员就没有时间精力去写代码搞开发了。

并且想要这些硬件系统运行，协调工作，优化使用，也是很难得。于是乎，一种特殊的软件出来了，就是操作系统。它的任务就是为用户程序提供一个更好、更简单、更清晰的计算机模型，并管理刚才提到的所有设备。这样程序员的时间就被解放出来了，有更多的时间去搞开发。

总结：程序员无需，也没有必要去弄清楚计算机各个硬件操作细节，而且这些都是重复造轮子，这些繁琐的事情叫给操作系统来干，程序员只需要写软件，使用操作系统的功能来使用硬件。

 

二  操作系统的位置

操作系统本质是软件，介于硬件和软件之间。操作系统由操作系统的内核（运行于内核态，管理硬件资源）以及系统调用（运行于用户态，为应用程序员写的应用程序提供系统调用接口）两部分组成，所以，单纯的说操作系统是运行于内核态的，是不准确的。

 

 三  操作系统的功能

一：隐藏了丑陋的硬件调用接口，为应用程序员提供调用硬件资源的更好，更简单，更清晰的模型（系统调用接口）。应用程序员有了这些接口后，就不用再考虑操作硬件的细节，专心开发自己的应用程序即可。

比如，磁盘资源的抽象是文件系统（C盘，D盘，E盘...下的目录及文件），有了文件的概念，我们直接打开文件，读或者写就可以了，无需关心记录是否应该使用修正的调频记录方式，以及当前电机的状态等细节

    需要指出的是，操作系统的实际客户是应用程序（应用程序员负责开发应用程序，因而也可以说应用程序员是操作系统的客户）。应用程序直接与操作系统及其抽象打交道。而最终，用户则是与应用程序（即用户接口）打交道，或者是命令行shell或者是图形界面（比如桌面），它们都只是运行于操作系统之上的应用软件，并不属于操作系统。

 

二：将应用程序对硬件资源的竞态请求变得有序化，例如：很多应用软件其实是共享一套计算机硬件，比方说有可能有三个应用程序同时需要申请打印机来输出内容，那么a程序竞争到了打印机资源就打印，然后可能是b竞争到打印机资源，也可能是c，这就导致了无序，打印机可能打印一段a的内容然后又去打印c...,操作系统的一个功能就是将这种无序变得有序。

 

四  操作系统的发展

1、手工操作阶段。在这个阶段的计算机主要元器件是电子管运算速度慢，没有任　　何软件更没有操作系统，用户直接使用机器语言编写程序上机时完全手工操作。首先将预先准备好的程序纸带装入输入机，然后启动输入机把程序和数据送入计算机，接着通过开关启动程序运行，计算完成后打印机输出结果。用户必须是非常专业的技术人员才能实现对计算机的控制。 
2、　批处理阶段。由于20世纪50年代中期计算机的主要元器件由晶体管取代，运行速度有了很大的提高，这时软件也开始迅速发展，出现了早期的操作系统，这就是早期的对用户提交的程序进行管理的监控程序和批处理软件。 
3、多道程序系统阶段。随着中、小规模的集成电路在计算机系统中的广泛应用，CPU的运动速度大大提高，为了提高CPU的利用率引入了多道程序设计技术，并出现了专门支持多道程序的硬件机构。这一时期为了进一步提高CPU的利用效率出现了多道批处理系统、分时系统等等，从而产生了更加强大的监管程序并迅速发展成为计算机科学中的一个重要分支，就是操作系统，统称为传统操作系统。 
4、现代操作系统阶段。大规模、超大规模集成电路急速的迅速发展出现了微处理器，使得计算机的体系结构更加优化，计算机的运行速度进一步提高，而体积却大大减小。面向个人的计算机和便携式计算机出现并普及，它的最大优点是结构清晰、功能全面、可以适应多种用途的需要，并且操作使用方便。 

 

五  多道技术作业

多道技术的实现是为了解决多个程序竞争或者说共享同一个资源（比如cpu）的有序调度问题，解决方式即多路复用，多路复用分为时间上的复用和空间上的复用。

空间上的复用：

多道指的是多个程序，那么就需要把这多个程序放到内存里，这就需要把内 分为几个部分，这样同一内存就有了多道程序。

时间上的复用:

当一个程序在等待I/O时，另一个程序可以使用cpu，如果内存中可以同时存放足够多的作业，则cpu的利用率可以接近100%。打个简单的比方，我们早上起来需要煮饭和刷牙，为了省时间，我们 可以先把饭煮着，途中，我们就可以去刷牙，这样所需时间总和就是刷牙的时间。