操作系统
操作系统
（1）简介
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操作系统（Operating System，简称OS）是计算机系统中的一个关键组成部分，它是系统软件的一种，负责管理和协调计算机硬件和应用软件的各种资源，以提供用户和应用程序对计算机系统的有效和方便的使用。
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以下是操作系统的一些主要功能和概念：
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进程管理： 操作系统负责管理进程，即正在运行的程序的实例。它调度进程的执行，并提供进程间的通信和同步机制。
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内存管理： 操作系统控制计算机的内存，包括分配和释放内存空间，以及虚拟内存的管理，使得多个程序能够在有限的物理内存上同时运行。
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文件系统： 提供对存储设备（硬盘、SSD等）的访问和管理，以及文件的组织和存储。文件系统允许用户在磁盘上创建、读取、写入和删除文件。
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设备管理： 控制和协调计算机的硬件设备，包括输入设备（键盘、鼠标）、输出设备（显示器、打印机）、存储设备等。
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用户界面： 提供与计算机系统交互的用户界面，可以是命令行界面（CLI）或图形用户界面（GUI），使用户能够执行命令、启动应用程序等。
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网络管理： 支持计算机系统在网络中进行通信。操作系统提供网络协议栈，允许计算机与其他计算机进行数据交换。
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安全性和权限控制： 管理对系统资源的访问权限，确保数据的保密性和完整性，防止未经授权的访问。
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错误处理和故障恢复： 提供错误检测、故障处理和系统恢复机制，以确保系统的稳定性和可靠性。
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操作系统的种类包括Windows、Linux、macOS等。不同的操作系统有不同的设计理念和应用场景，但它们都共享类似的核心功能，以管理和优化计算机资源的使用。
（2）发展史概览
| 计算机发展阶段 | 时间 | 组成 | 改进 | 缺陷 |
|---|---|---|---|---|
| 第一代计算机 | 1940~1955 | 真空管和穿孔卡片 | 没有操作系统的概念 所有的程序设计都是直接操控硬件 | |
| 第二代计算机 | 1955~1965 | 晶体管和批处理系统 | 批处理，节省机时 | 全程需要人参与，仍是串行，无法及时调试程序 |
| 第三代计算机 | 1965~1980 | 集成电路芯片和多道程序设计 | 运用多道技术 | |
| 第四代计算机 | 1980至今 | 个人计算机 | 支持（伪）并发的能力 |
（3）总结
（1）操作系统的作用
- 隐藏丑陋复杂的硬件接口，提供良好的抽象接口
- 管理、调度进程，并且将多个进程对硬件的竞争变得有序
（2）多道技术
（1）产生背景：针对单核，实现并发
- 现在的主机一般是多核，那么每个核都会利用多道技术 有4个cpu，运行于cpu1的某个程序遇到io阻塞，会等到io结束再重新调度，会被调度到4个cpu中的任意一个，具体由操作系统调度算法决定。
（2）空间上的复用：如内存中同时有多道程序
- 空间上的复用指的是在内存中同时运行多个程序，这样可以有效地利用内存资源。
（3）时间上的复用：复用一个cpu的时间片
- 指共享同一台机器的多个进程可以轮流使用CPU，从而避免了长时间等待的情况发生。
- 强调：遇到io切，占用cpu时间过长也切，核心在于切之前将进程的状态保存下来，这样才能保证下次切换回来时，能基于上次切走的位置继续运行
（3）操作系统发展史
- 第一代计算机（1940~1955）：真空管和穿孔卡片
- 第二代计算机（1955~1965）：晶体管和批处理系统
- 第三代计算机（1965~1980）：集成电路芯片和多道程序设计
- 第四代计算机（1980~至今）：个人计算机
