操作系统的基本概念

(1)核心定义：操作系统是计算机系统的核心系统软件，它管理和控制计算机硬件与软件资源，为用户提供方便、高效、安全的计算机使用环境。它位于硬件和其他应用软件之间，起着桥梁和管理者的角色，使得用户和应用程序能够更便捷地使用硬件资源。

(2)关键特征：

• 并发性：操作系统允许多个程序同时运行，合理分配 CPU 时间片，使多个程序在宏观上看似同时执行。例如，在多任务操作系统中，用户可以同时运行文字处理软件、浏览器和音乐播放器，系统会调度各程序的执行顺序和时间，让用户感受到程序都在同时运行。

• 共享性：操作系统管理的资源如 CPU、内存、外设等可以被多个用户和程序共享。比如，在多用户操作系统环境下，多个用户可以共享打印机，系统会按一定顺序安排各用户的打印任务，实现资源的有效共享。
  共享可分为互斥共享和同时访问两种方式，其中互斥共享是一段时间内该资源只能被一个进程访问，称为临界资源，同时访问是宏观是同时，微观上交替访问。

• 虚拟性：通过虚拟化技术，操作系统为用户和程序提供虚拟的资源，使用户和程序感觉拥有了比实际更多的资源。例如，内存虚拟化技术可以让应用程序认为自己拥有了比实际物理内存更大的内存空间，操作系统通过内存管理机制在物理内存和磁盘空间之间进行调度，满足程序对内存的需求。
  OS中利用时分复用和空分复用实现虚拟

时分复用是通过减少处理器和IO设备空闲时间，提高计算机资源利用率，将每个资源时间划分为多个时间片，例如将一台物理上的IO设备（如打印机SPOOLING技术）虚拟为多台逻辑上IO设备，被用户分时占有，宏观上同时访问，也可以将处理器虚拟化让每个进程都运行在对应的逻辑处理器上
空分复用是利用存储器的空闲空间区域存放和运行其他多道程序，提高内存利用率。最常用的就是虚拟交换技术，如虚拟内存分配就是将暂时不用的页面放入外存，当发生缺页时再从外存调页即可。

• 异步：由于程序的并发执行，程序并不是一直不间断的从开始到执行结束，而是以等待-执行的循环方式和不可预期速度向前推进。例如，在多线程程序中，多个线程对共享变量的访问顺序会影响程序的最终结果，操作系统无法保证线程的执行顺序完全确定，只能通过同步机制来减少这种不确定性带来的问题。

OS负责处理器管理（进程的控制、同步通信和调度），存储器管理(内存分配与回收，存储保护，地址映射和内存扩充)，文件管理（文件存储空间、目录、文件读写、文件共享和保护），设备管理（缓冲区、设备分配、设备处理、虚拟设备）