操作系统概论：并发性、共享性与体系结构

"操作系统 自考第一章 笔记" 操作系统是计算机系统的核心组成部分，它是一组控制和管理计算机硬件与软件资源的程序模块集合。操作系统的主要任务是确保计算机系统的高效运行，提供友好的用户界面，并协调各个程序的执行。本章笔记主要涵盖了操作系统的概念、特征以及体系结构。 ### 操作系统的概念 操作系统是一种系统软件，它的主要职责是管理硬件资源（如中央处理器、内存、存储器和外部设备）和软件资源，控制程序执行流程，并向用户提供各种服务。它使得多个程序能够并发执行，实现资源的共享，并通过特定机制保证系统的稳定性和安全性。 ### 操作系统的特征 1. **并发性**：在操作系统中，多个程序可以同时进行，从宏观上看，它们似乎在并行运行。这包括用户程序之间的并发以及用户程序与操作系统之间的并发。并发性是通过时间片轮转、多线程和多进程等技术实现的。 2. **共享性**：操作系统允许多个用户或程序共享硬件和软件资源。共享资源包括处理器、内存、磁盘和I/O设备。共享分为互斥共享（同一时刻仅有一个进程使用）和同时共享（允许多个进程同时使用）。 3. **随机性**：由于并发执行，程序的执行顺序可能受到中断和调度的影响，表现出非确定性。 ### 研究操作系统的观点 操作系统可以从多个角度进行研究，包括： 1. 软件的角度，关注其作为软件的特性。 2. 资源管理的角度，关注如何高效利用和分配资源。 3. 进程的角度，探讨进程的创建、同步、通信和调度。 4. 虚拟机的角度，看作提供虚拟计算环境的系统。 5. 服务提供者的角度，关注它为用户和应用程序提供的服务。 ### 操作系统的主要功能 1. **进程管理**：包括进程控制（创建、撤销、挂起和唤醒等）、进程同步、进程间通信和调度，确保进程有序执行。 2. **存储管理**：内存分配与回收、存储保护和内存扩充，防止内存冲突和数据破坏。 3. **文件管理**：支持文件的创建、删除、读写、查找，以及文件的共享、安全和保护。 4. **设备管理**：管理输入/输出设备，实现设备的分配、回收和I/O操作的同步。 5. **用户接口**：提供图形用户界面（GUI）或命令行界面（CLI），方便用户与系统交互。 ### 操作系统的体系结构 - **Windows**：分层模块化结构，包括硬件抽象层、内核、执行体和子系统集合。 - **UNIX**：由硬件、内核、系统调用接口和应用程序组成，强调简洁和可移植性。 - **Linux**：主要由内核、Shell、文件系统和用户应用程序构成，内核提供基本服务，Shell作为用户与系统交互的接口，文件系统管理文件。 操作系统各功能之间相互关联，例如进程管理中的调度决策可能影响存储管理中的内存分配，而文件管理和设备管理则可能涉及I/O操作，这些都需要操作系统通过精心设计的机制来协调。