概念

操作系统（Operating System， OS）是指控制和管理整个计算机系统的硬件和软件资源，并合理地组织调度计算机的工作和资源的分配；以提供给用户和其他软件方便的接口和环境；它是计算机系统中最基本的系统软件。 换句话说就是， 操作系统是系统资源的管理者，它向上层提供方便易用的服务，是最接近硬件的一层软件。 直观的例子：打开 Windows 操作系统的“任务管理器”（快捷键：Ctrl+Alt+Del）

功能和目标

作为系统资源的管理者

• 提供的功能
  • cpu管理
  • 存储器管理
  • 文件管理
  • 设备管理
• 目标 安全、高效

补充知识：执行一个程序前需要将该程序放到内存中，才能被CPU处理。

用QQ和朋友视频聊天的过程：

Step 1：在各个文件夹中找到 QQ 安装的位置（如 D:/Tencent/QQ/Bin）

文件管理

Step 2：双击打开 QQ.exe

需要把该程序相关数据放入内存, 存储管理

Step 3：QQ 程序正常运行

对应的进程被处理机（CPU）处理, cpu管理

Step 4：开始和朋友视频聊天

需要将摄像头设备分配给进程, 设备管理

向上层提供方便易用的服务

硬件只听得懂二进制指令，如： 01010111101110111010101 硬件对外暴露了“丑陋”、不友好的交互接口

在硬件之上安装了操作系统，操作系统对 外暴露了“美丽”、友好的交互接口

这里体现了封装思想：操作系统把一些丑陋的硬件功能封装成简单易用的服务，使用户能更方便地使用计算机，用户无需关心底层硬件的原理，只需要对操作系统发出命令即可

GUI：图形化用户接口（Graphical User Interface）用户可以使用形象的图形界面进行操作，而不再需要记忆复杂的命令、参数。例子：在 Windows 操作系统中，删除一个文件只需要把文件“拖拽”到回收站即可。

命令接口

1. 联机命令接口 又称交互式命令接口，特点是用户说一句，系统跟着做一句，比如在终端输入time回车，系统显示当前时间并让输入新时间。

2. 脱机命令接口 又称批处理接口，特点是用户说一堆，系统跟着做一堆。 例如windows系统中的批处理文件(.bat)

   

程序接口

可以在程序中进行系统调用来使用程序接口。普通用户不能直接使用程序接口，只能通过程序代码间接使用。

小结

• 直接给用户使用的
  • GUI
  • 命令接口
    • 联机命令接口
    • 脱机命令接口
• 给软件/程序员使用的
  • 程序接口 即系统调用，用户通过程序间接使用

程序接口和命令接口统称为用户接口

作为最接近硬件的层次

需要实现对硬件机器的拓展 没有任何软件支持的计算机成为裸机。在裸机上安装的操作系统，可以提供资源管理功能和方便用户的服务功能，将裸机改造成功能更强、使用更方便的机器。 通常把覆盖了软件的机器成为扩充机器，又称之为虚拟机。

类比汽车： 发动机——只会转；轮胎——只会滚； 在原始的硬件机器上覆盖一层传动系统——让发动机带着轮子转——使原始的硬件机器得到拓展。 操作系统对硬件机器的拓展：将CPU、内存、磁盘、显示器、键盘等硬件合理地组织起来，让各种硬件 能够相互协调配合，实现更多更复杂的功能 普通用户无需关心这些硬件在底层是怎么组织起来工作的，只需直接使用操作系统提供的接口即可。

操作系统的4个特征

并发

指两个或多个事件在同一时间间隔内发生。这些事件宏观上是同时发生的，但微观上是交替发生的。常考易混概念——并行：指两个或多个事件在同一时刻同时发生。

并发 VS 并行 eg：假设小渣和老渣每人有两个女朋友。任务1：和一号约会；任务2：和二号约会…

操作系统的并发性指计算机系统中“同时”运行着多个程序，这些程序宏观上看是同时运行着的，而微观上看是交替运行的。操作系统就是伴随着“多道程序工作”而出现的。因此，操作系统和程序并发是一起诞生的。

注意 单核CPU同一时刻只能执行一个程序，各个程序只能并发地执行 多核CPU同一时刻可以同时执行多个程序，多个程序可以并行地执行

比如Intel 的第八代 i3 处理器就是 4 核CPU，意味着可以并行地执行4个程序。 即使是对于4核CPU来说，只要有4个以上的程序需要“同时”运行，那么并发性依然是必不可少的，因此并发性是操作系统一个最基本的特性。

共享

共享即资源共享，是指系统中的资源可供内存中多个并发执行的进程共同使用。 共享有两种方式

• 互斥共享 系统中的某些资源，虽然可以提供给多个进程使用，但一个时间段内只允许一个进程访问该资源
• “同时”共享 系统中的某些资源，允许一个时间段内由多个进程“同时”对它们进行访问

所谓的“同时”往往是宏观上的，而在微观上，这些进程可能是交替地对该资源进行访问的（即分时共享） 生活实例： 互斥共享方式：使用QQ和微信视频。同一时间段内摄像头只能分配给其中一个进程。 同时共享方式：使用QQ发送文件A，同时使用微信发送文件B。宏观上看，两边都在同时读取并发送文件，说明两个进程都在访问硬盘资源，从中读取数据。微观上看，两个进程是交替着访问硬盘的。 也有同时共享但不互斥的例子，比如扬声器同时播放游戏和音乐声音。

并发和共享的关系 并发性指计算机系统中同时存在着多个运行着的程序。 共享性是指系统中的资源可供内存中多个并发执行的进程共同使用。 并发和共享互为存在条件。 通过上述例子来看并发与共享的关系： 使用QQ发送文件A，同时使用微信发送文件B。

1. 两个进程正在并发执行（并发性）

如果失去并发性，则系统中只有一个 程序正在运行，则共享性失去存在的 意义

2. 需要共享地访问硬盘资源（共享性）

如果失去共享性，则QQ和微信不能同时访问硬盘资源，就无法实现同时发送文件，也就无法并发。

虚拟

虚拟是指把一个物理上的实体变为若干个逻辑上的对应物。物理实体（前者）是实际存在的，而逻辑上 对应物（后者）是用户感受到的。

用一个例子来理解虚拟工作中的“空分复用工作”

背景知识：一个程序需要放入内存并给它分配CPU才能执行

GTA5需要4GB的运行内存，QQ 需要256MB的内存，迅雷需要256MB的内 存，网易云音乐需要256MB的内存……

我的电脑：4GB内存

问题：这些程序同时运行需要的内存远大于4GB，那么为什么它们还可以 在我的电脑上同时运行呢？

答：这是虚拟存储器工作。实际只有4GB的内存，在用户看来似乎远远大于4GB。

再用一个例子来理解虚拟工作中的“时分复用工作”：微观上处理机在 各个微小的时间段内交替 着为各个进程服务。

某单核CPU的计算机中，用户打开QQ、浏览器、微信、迅雷

问题：既然一个程序需要被分配CPU才能正常执行，那么为什么单核CPU 的电脑中能同时运行这么多个程序呢？

答：这是虚拟处理器工作。实际上只有一个单核CPU，在用户看来似乎有 6个CPU在同时为自己服务

虚拟工作

• 空分复用工作(如虚拟存储器工作)
• 时分复用工作(如虚拟处理器)

显然，如果失去了并发性，则一个时间段 内系统中只需运行一道程序，那么就失去 了实现虚拟性的意义了。因此，没有并发性，就谈不上虚拟性

异步

异步是指，在多道程序环境下，允许多个程序并发执行，但由于资源有限，进程的执行不是一贯到底的， 而是走走停停，以不可预知的速度向前推进，这就是进程的异步性。

没有并发和共享，就谈不上虚拟和异步，因此并发和共享是操作系统的两个最基本的特征