操作系统基础：虚拟化与资源管理

"这篇PPT是Yuntao Qiang为操作系统课程创建的，主要介绍了操作系统的基本概念和核心功能，包括冯·诺依曼模型、操作系统的虚拟化、并发性、持久性以及设计目标等关键点，并简述了操作系统的历史。" 在深入探讨操作系统之前，我们先来理解冯·诺依曼模型，它是现代计算机体系结构的基础。在这个模型中，程序和数据存储在同一内存空间中，处理器通过不断从内存中读取指令并执行，实现了对程序的运行。这种设计使得系统对于用户来说更为直观易用。 操作系统（Operating System, OS）扮演着至关重要的角色，它是一种软件，负责虚拟化硬件资源，比如处理器、内存和磁盘，将其转化为用户友好的抽象形式。操作系统提供了系统调用，使得程序能够安全地访问内存、设备和其他资源，同时通过标准库提供服务。此外，操作系统还是一个资源管理器，协调多个程序对系统资源的并发访问，避免冲突，确保系统的稳定运行。 虚拟化CPU是操作系统的关键功能之一，它创造出一种假象，仿佛系统拥有大量虚拟CPU，使得多个程序可以同时看似在运行。这涉及到处理器调度策略和资源管理，例如，操作系统可以决定何时切换不同程序的执行，以便高效利用计算资源。 并发性是现代操作系统的核心特性，它允许多个任务在短时间内交替执行，给人一种它们都在同时进行的错觉。操作系统通过进程和线程管理，以及同步和通信机制来实现并发，确保数据的一致性和正确性。 持久性是操作系统处理数据存储的重要方面，它涉及如何将数据保存在非易失性存储中，即使在系统关闭后也能保持。操作系统提供的文件系统就是持久性的一种体现，它允许用户创建、读取、修改和删除文件，这些更改即使在系统重启后仍能保留。 最后，操作系统的设计目标通常包括性能、安全性、可移植性、易用性和效率等。历史上，操作系统经历了从批处理到分时，再到个人计算机和移动设备的发展，不断地适应新的硬件技术和社会需求。 操作系统是计算机系统的心脏，它为我们提供了与硬件交互的桥梁，使复杂的硬件资源管理变得简单，同时支持并发执行、持久数据存储和丰富的应用程序生态系统。通过深入理解操作系统的工作原理，我们可以更好地设计、优化和使用计算机系统。