操作系统概论:并发性、共享性与体系结构
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更新于2024-08-04
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"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。
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