大学计算机基础-操作系统基础全面了解操作系统的概况

# 1. 操作系统的定义和作用

## 1.1 什么是操作系统

一个操作系统（Operating System，简称OS）是管理计算机硬件和软件资源的系统软件。它为用户和应用程序提供了一个简单的接口，以便利用计算机的功能和资源。操作系统负责管理计算机的内存、处理器、文件系统和其它输入输出设备等资源，并提供了用户与计算机之间的接口。

## 1.2 操作系统的作用和重要性

操作系统的作用主要包括以下几个方面：
- 资源管理：操作系统负责管理计算机的硬件资源，如处理器、内存、硬盘等，以及软件资源的分配和调度。
- 提供用户接口：操作系统提供了命令行或图形用户界面，使用户能够方便地使用计算机和运行应用程序。
- 运行应用程序：操作系统负责加载、执行和关闭应用程序，并提供应用程序所需的服务和资源。
- 提供安全保护：操作系统通过访问控制和权限管理等手段，确保系统和数据的安全性。

操作系统在计算机系统中的地位十分重要，它直接影响着计算机系统的性能、稳定性和安全性。一个高效、稳定的操作系统能够提升计算机系统的整体性能，而不稳定或低效的操作系统可能会导致系统崩溃、数据丢失等问题。因此，对于计算机系统来说，选择合适的操作系统并合理地使用和管理操作系统是至关重要的。

# 2. 操作系统的发展历程

操作系统作为计算机系统的核心软件之一，经历了长期的发展和演变。本章将介绍操作系统的起源和初期发展，以及现代操作系统的发展历程。

### 2.1 操作系统的起源和初期发展

早期的计算机系统并没有操作系统的概念，计算任务都是由人工进行控制和管理。随着计算机技术的发展，人们意识到需要一种软件来管理计算机硬件资源，以提高计算机的效率和可靠性。

1950年代末到1960年代初，第一台商用计算机UNIVAC I诞生，它的操作系统仅包含了最基本的功能，比如输入和输出控制。之后，随着计算机和软件技术的不断进步，操作系统的功能逐渐扩展。1960年代中期，IBM公司推出了第一款通用操作系统OS/360，它具备了多道程序设计和时间片轮转技术，大大提高了计算机的利用率。

### 2.2 操作系统的现代发展和演变

20世纪70年代，个人计算机开始出现，微型计算机操作系统也随之诞生。1974年，加里·基尔德尔开发了著名的微型计算机操作系统CP/M，它成为了个人计算机领域的主要操作系统，为后来的DOS操作系统奠定了基础。

1980年代，微软推出了Disk Operating System（DOS），成为了早期个人电脑的主流操作系统。1995年，微软发布了Windows 95操作系统，引入了图形用户界面，并逐渐取代了DOS成为主流操作系统。

同时，UNIX操作系统也在学术界和工业界得到广泛应用。1970年，贝尔实验室开发出了UNIX操作系统，它具备了多用户、多任务和分时操作等特性。随后，UNIX操作系统逐渐发展成为开放源代码的操作系统，比如BSD、Solaris和Linux等。

随着互联网的兴起，操作系统的发展也逐渐与网络技术相结合。1991年，芬兰学生林纳斯·托瓦兹（Linus Torvalds）开发了Linux操作系统内核，并开源发布。Linux操作系统不仅在服务器领域得到广泛应用，也成为了移动设备操作系统(Android)和嵌入式设备操作系统的首选之一。

至今，操作系统的发展仍在不断进行中，新的技术和需求不断推动着操作系统的演进和创新。今天的操作系统已经具备了更强大的功能和更高的性能，为人们的工作和生活提供了便利。

# 3. 操作系统的主要功能

操作系统是计算机系统中的核心软件，它具有多种重要功能，包括进程管理、内存管理、文件系统管理、设备管理和网络管理。

#### 3.1 进程管理

进程是指计算机系统中正在运行的程序实例。操作系统负责对进程进行管理，包括创建、调度、分配资源和终止等操作。通过进程管理，操作系统能够合理分配计算机系统中的资源，保证多个进程能够有效地共享资源，提高系统的运行效率。

代码示例（Java）：

// 创建一个新的进程
Process process = new Process();

// 将进程加入就绪队列
Scheduler.addProcess(process);

// 从就绪队列中选取一个进程进行执行
Process runningProcess = Scheduler.selectProcess();

// 分配资源给进程
ResourceAllocator.allocateResources(runningProcess);

// 执行进程的任务
runningProcess.executeTask();

// 释放进程所占用的资源
ResourceAllocator.releaseResources(runningProcess);

// 终止进程
Scheduler.terminateProcess(runningProcess);

代码总结：以上代码展示了进程管理的基本操作，包括进程的创建、调度、资源分配、执行任务和终止等过程。

#### 3.2 内存管理

内存管理是操作系统的另一个重要功能，它负责管理计算机系统中的内存资源。操作系统通过内存管理，将系统的内存空间划分为不同的区域，分配给不同的进程使用，以防止进程之间的内存冲突。同时，内存管理还负责内存的分配和回收，以最大限度地利用系统的内存资源。

代码示例（Python）：

# 创建一个内存管理器
memory_manager = MemoryManager()

# 设定系统的总内存大小
memory_manager.set_total_memory(1024)

# 为进程分配内存空间
process1 = Process()
memory_manager.allocate_memory(process1, 256)

process2 = Process()
memory_manager.allocate_memory(process2, 512)

# 释放进程的内存空间
memory_manager.release_memory(process1)

# 终止进程
memory_manager.terminate_process(process2)

代码总结：以上代码展示了内存管理的基本操作，包括设置系统的总内存