操作系统基础:虚拟化与资源管理
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更新于2024-08-05
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"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。
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