详细介绍：【OS笔记01】：操作系统引论
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第一章：操作系统引论
1.1 操作系统概念
操作系统（Operating System,OS）是计算机系统中的一种系统软件。
它的主要作用有两个方面：
- 管理和控制计算机系统中的硬件及软件资源。
- 在计算机与用户之间起到接口的作用。
思考：什么是系统软件？
答：系统软件是指为计算机提供最基本功能，并拥护应用软件运行的软件。操作系统是其最核心的部分。
计算机系统的组成
通过一个计算机系统能够看作由硬件和软件两大部分组成。
- 软件又能够进一步划分为：
- 系统软件：包括操作系统和其他如编译程序、诊断程序等。
- 应用软件：为了解决用户特定问题而编制的软件，如Office、QQ等。
操作系统与硬件、软件的关系
计算机系统的核心，它直接运行在裸机（硬件）之上，为上层的编译软件、各种应用软件献出服务和支持，管理着所有硬件资源。它们的关系可以看作一个层次结构。就是操作系统
习题
- 在计算机系统中，操作系统是 ______ 。
A. 一般应用软件
B. 核心系统软件
C. 用户应用软件
D. 硬件
参考答案：B
1.2 操作系统的历史
操作系统的发展经历了以下几个主要阶段：
- 手工操作阶段
- 批处理系统
- 执行系统
- 多道程序系统
- 分时系统
- 实时系统
- 通用操作系统
- 网络操作系统
- 分布式操作系统
- 等等
1.2.2 批处理
- 思想：将一批用户作业输入计算机，由系统自动一个接一个地处理。
- 主要优点：节省了作业输入和准备时间，提高了计算机的处理效率。
- 主要缺点：资源利用率低，基于当一个作业进行I/O操作时，CPU会处于空闲等待状态。
1.2.3 多道程序系统
- 思想：内存中同时存放多个软件。其核心思想是：各程序在某一时刻应用的计算机资源不一定相同，因此可以在同一时刻，“运行”多个程序，让它们分别使用不同的计算机资源。
- 特点：
- 宏观上并行：从整体看，多个任务都在向前推进。
- 微观上串行：在单CPU的情况下，任一时刻只有一个程序在CPU上执行。
通过多道程序技能，可以显著提高系统资源的利用率，独特是CPU的利用率。
单道与多道程序运行实例对比
- 单道程序运行：当用户程序请求I/O操作时，CPU会一直等待，直到I/O管理完成并产生中断，才能继续计算。这期间CPU是被浪费的。
- 多道程序运行：当工具A请求输入时，CPU可以不必等待，而是转去执行程序B。当软件B需要I/O时，可能应用A的I/O已经完成，CPU又行转回去执行程序A。这样使得CPU、输入设备、输出设备等资源能够并行工作，大大提高了利用率。
1.2.4 分时 (Time-Sharing)
- 思想：由于CPU资源紧缺，将CPU的运行时间划分为很短的时间片（Time Slice），每个“进程”轮流使用一个时间片。如此循环往复，直到所有进程结束。
- 特点：
- 宏观上并行：用户感觉多个程序在同时运行。
- 微观上串行：对于单CPU，任一时刻只有一个进程在执行。
习题
- 一个多道批处理系统，提高了计算机系统的资源利用率，同时 ______ 。
A. 减少各个作业的执行时间
B. 增加了单位时间内作业的吞吐量
C. 减少了部分作业的执行时间
D. 减少单位时间内作业的吞吐量
参考答案：B
PS：吞吐量即增加单位时间里处理作业的个数。多道系统即使不能减少单个作业的执行时间（甚至可能因为切换而略有增加），但能够在相同时间内完成更多的作业。
1.4 操作系统的功能
操作系统的功能关键分为两大模块：资源管理 和 用户接口。
资源管理
操作系统作为资源管理者，需要对计算机系统中所有的软硬件资源进行统一的调度和分配。
- 处理机管理(第3和4章)
- 存储管理 (第5章)
- 设备管理 (第7章)
- 文件管理 (第6章)
用户接口
操作系统为用户使用计算机给予了方便的接口。
- 系统调用 (API)：这是操作系统提供给程序员的接口，允许应用程序通过预定义的函数来请求操作系统底层的服务（如读写文档、创建进程等）。
- 作业控制 (命令)操作系统提供给就是：这普通用户的接口，用户通过命令与体系交互，主要分为两种形式：
- 批处理：用户提交作业控制语言编写的命令脚本。
- 交互：用户通过命令行或图形界面直接输入命令。
习题
- 操作系统提供给编程人员的接口是 ______ 。
A. 系统调用
B. 子程序
C. 库函数
D. 高级语言
参考答案：A
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