-第1节：操作系统的概念功能和目标

Posted 2022-11-28 Xy丶Promise

操作系统

操作系统的概念

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结合生活经验来理解计算机系统的层次结构：一台电脑的诞生

1. Step1: 买一台裸机（纯硬件 CPU 硬盘 内存）；
2. Step2: 安装操作系统(Windows, MacOs, Linux等操作系统)；
3. Step3: 安装应用软件程序（QQ、浏览器、游戏等）；
4. Step4: 使用应用软件程序

操作系统在这其中扮演的角色：

• 由裸机硬件层与软件应用层到操作系统中理解：操作系统负责管理协调硬件、软件等计算机资源的工作；
• 由操作系统到软件应用层的理解：操作系统为上层的应用程序、用户提供指挥电脑硬件工作的简单易用的服务；
• 操作系统是系统软件，是最接近系统硬件的一款电脑软件，而不是电脑硬件。

综上所述：

操作系统（Operating System，OS）是指控制和管理整个计算机系统的硬件和软件资源，并合理地组织调度计算机的工作和资源的分配，以及提供给用户和其他软件方便的接口和环境，它也是计算机系统中最基本的系统软件。

如何体现操作系统对于系统硬件与软件的管理与调度呢？

最直观的例子就是打开window操作系统的任务管理器：（快捷键：CTRL + ALT + DEL 或 右键底部任务栏->任务管理器）

操作系统的功能与目标

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根据上面的操作系统的概念，提出一下几点问题：

操作系统作为系统资源的管理者

为了电脑软硬件的安全、高效的运行，操作系统会提供以下4点功能：

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1. 处理机（CPU）管理；
2. 存储器管理；
3. 文件管理；
4. 设备管理；

目的就是为了电脑软硬件的安全、高效的运行；

通过使用QQ与朋友视频聊天的过程进行举例，如何理解操作系统是作为系统资源的管理者：

1. Step1: 文件管理——通过双击QQ的快捷方式，操作系统会逐层打开文件夹找到QQ的可执行性程序的存放位置。
2. Step2: 存储器管理——将其作为进程将程序所需要的相关数据加载到内存当中。
3. Step3: 处理机管理——QQ程序对应的进程被处理机(CPU)系统资源分配处理运行后程序才能正常运行；
4. Step4: 设备管理—— 当开始视频聊天时，系统需要将摄像头设备的进程分配给QQ这个进程，在运行完成后还需要将其回收。

操作系统作为用户与计算机硬件之间的接口

为了方便用户使用时，操作系统会提供以下3点功能：

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1. 命令接口：允许用户直接使用；
2. 程序接口：允许用户通过程序间接调用；
3. GUI：现代操作系统中最流行的图形用户接口。

其中，命令接口和程序接口统称为用户接口，并且考研也考察的也就是这两个接口，GUI接口了解即可。

详解命令与程序接口

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命令接口

• 命令接口：是允许用户直接使用的接口。同时有分为联机命令接口与脱机命令接口。

  联机命令接口：又称作交互式命令接口，用户说一句，系统做一句；

  • 实际运用举例：

    Step1: 按照win+R键呼出“运行”窗口；

    Step2: 输入cmd并按回车，打开系统命令行解释器；

    Step3: 尝试使用 time 指令

    

  脱机命令接口：又称作批处理命令接口，用户说一堆，系统做一堆。

  • 实际运用举例（以Window操作系统举例）：

    通过.bat系统批处理文件编写的系统运行脚本就是批处理命令的示例，如下图是一个搜索C盘中的 .bat格式的文件的批处理命令。通过编写.bat系统批处理命令文件，里面的内容就是系统在运行这个文件时需要执行的操作，当双击这个批处理文件时，系统会从第一行开始一步一步的往下解释执行到最后一行。综上批处理就是用户说一堆，而系统也对其内容做出一堆的运行结果。

    

程序接口

• 程序接口：是允许用户通过程序间接使用的接口。由一组系统调用组成（程序接口=系统调用，名词意思相同）

  易混概念：题目中常会用 广义指令 代替表达 系统调用，系统调用 = 系统调用指令 = 广义指令

  • 实际运用举例（以Window操作系统举例）：

    Windows操作系统下的DLL动态链接库就是一个最好的例子，DLL动态链接库(Dynamic Link Library)，DLL包含了不同程序都能链接和调用的共享代码，就像一个图书馆，多个程序能同时调用一个DLL链接库，同时一个DLL只需要加载到内存一次。一个最简单易懂的例子就是这个DLL文件—— C:\\Windows\\System32\\user32.dll，程序可以调用user32.dll即可实现创建窗口等功能（该调用过程即为系统调用）。记住，这种方式只能通过用户程序间接使用，无法直接加载运行到系统进程当中。

    

GUI接口

GUI：图形用户界面（Graphical User Interface）

用户可以通过形象的图形界面来操作，而不再需要记忆复杂的命令、参数；

• 实际运用举例（以Window操作系统举例）：

  在 Windows操作系统中，删除一个文件只需要把文件图标“拖拽”到回收站中即可。而这一个操作实际上是系统后台执行了删除操作的指令，用户在使用这些GUI进行系统操作时只需要使用这些形象的图标进行操作即可，不需要再记忆复杂的命令与参数。

小结

操作系统作为最接近硬件的层次

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作为最接近硬件的系统层次，操作系统实现了对硬件机器的拓展。

没有任何软件支持的计算机称之为裸机。在裸机中安装操作系统，可以提供资源管理功能和方便用户的服务功能，将裸机改造成一个更强、使用更方便的机器。

通常把覆盖了软件的机器称为扩充机器，又称之为虚拟机。

操作系统与硬件的举例

• 硬件：锤子、锯子、木头、钉子…

• 操作系统：一位优秀的工匠

  操作系统实现了对硬件机器的拓展：通过优秀工匠，这些简单的原料可以组织成房子、帆船、匹诺曹。。。

  普通用户可直接使用工匠提供的房子、帆船、匹诺曹，而无需关心这些东西在底层是怎么组织起来工作的。

  同时，操作系统对硬件的结合也是我们程序当中的：封装思想

本节内容总结

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首先我们介绍了操作系统的概念与定义，之后我们根据计算机层次结构，分别介绍了操作系统作为三种角色时它所需要实现的功能——资源管理者、向用户提供服务接口、对硬件及其的扩展。