操作系统基础知识

Posted 2020-12-02 xfxing

一 、为什么要有操作系统

　　程序员无法把所有的硬件操作细节都了解到，管理这些硬件并且加以优化使用是非常繁琐的工作，这个繁琐的工作就是操作系统来干的，有了他，程序员就从这些繁琐的工作中解脱了出来，只需要考虑自己的应用软件的编写就可以了，应用软件直接使用操作系统提供的功能来间接使用硬件。

二 、什么是操作系统
精简的说的话，操作系统就是一个协调、管理和控制计算机硬件资源和软件资源的控制程序。

#操作系统位于计算机硬件与应用软件之间，本质也是一个软件。操作系统由操作系统的内核（运行于内核态，管理硬件资源）以及系统调用（运行于用户态，为应用程序员写的应用程序提供系统调用接口）两部分组成，所以，单纯的说操作系统是运行于内核态的，是不准确的。

 

操作系统应该分成两部分功能：
一：隐藏了丑陋的硬件调用接口，为应用程序员提供调用硬件资源的更好，更简单，更清晰的模型（系统调用接口）。应用程序员有了这些接口后，就不用再考虑操作硬件的细节，专心开发自己的应用程序即可。
（比如控制磁盘转动，移动磁头读写数据等细节）
二：将应用程序对硬件资源的竞态请求变得有序化
例如：很多应用软件其实是共享一套计算机硬件，比方说有可能有三个应用程序同时需要申请打印机来输出内容，那么a程序竞争到了打印机资源就打印，然后可能是b竞争到打印机资源，也可能是c，这就导致了无序，打印机可能打印一段a的内容然后又去打印c...,操作系统的一个功能就是将这种无序变得有序。

作用一：为应用程序提供如何使用硬件资源的抽象
作用二：管理硬件资源

三 、操作系统与普通软件的区别
1.主要区别是：你不想用暴风影音了你可以选择用迅雷播放器或者干脆自己写一个，但是你无法写一个属于操作系统一部分的程序（时钟中断处理程序），操作系统由硬件保护，不能被用户修改。

2.操作系统与用户程序的差异并不在于二者所处的地位。特别地，操作系统是一个大型、复杂、长寿的软件。

• 大型：linux或windows的源代码有五百万行数量级。按照每页50行共1000行的书来算，五百万行要有100卷，要用一整个书架子来摆置，这还仅仅是内核部分。用户程序，如GUI，库以及基本应用软件（如windows Explorer等），很容易就能达到这个数量的10倍或者20倍之多。
• 长寿：操作系统很难编写，如此大的代码量，一旦完成，操作系统所有者便不会轻易扔掉，再写一个。而是在原有的基础上进行改进。（基本上可以把windows95/98/Me看出一个操作系统，而windows NT/2000/XP/Vista则是两位一个操作系统，对于用户来说它们十分相似。还有UNIX以及它的变体和克隆版本也演化了多年，如System V版，Solaris以及FreeBSD等都是Unix的原始版，不过尽管linux非常依照UNIX模式而仿制，并且与UNIX高度兼容，但是linux具有全新的代码基础）

四、 操作系统发展史

第一代计算机（1940-1955）真空管和穿孔卡片
特点:1：没有操作系统的概念
   2：所有的程序设计都是直接操控硬件

第二代计算机（1955~1965）：晶体管和批处理系统
特点:1.批处理，节省了机时
   2.整个流程需要人参与控制，将磁带搬来搬去
   3.计算的过程仍然是顺序计算-->串行;统一作业，极大影响开发效率

第三代计算机（1965-1980）：集成电路芯片和多道程序设计
多道技术：时间多路复用和空间多路复用+硬件上支持隔离
多道技术中的多道指的是多个程序，多道技术的实现是为了解决多个程序竞争或者说共享同一个资源（比如cpu）的有序调度问题，解决方式即多路复用，多路复用分为时间上的复用和空间上的复用。
1.产生背景：针对单核，实现并发
eg:现在的主机一般都是多核，每个核都会利用多道技术
有4个cpu，运行于cpu1的某个程序遇到io阻塞，会等到io结束再重新调度，会被调度到4个cpu中的任意一个，具体由操作系统调度算法决定。
2.空间上的复用：内存中同时有多道程序
每个客户都获取了一个大的资源中的一小部分资源，从而减少了排队等待资源的时间。

3.时间上的复用：复用一个cpu的时间片
当一个资源在时间上复用时，不同的程序或用户轮流使用它，第一个程序获取该资源使用结束后，在轮到第二个。。。第三个。。。
强调：遇到I/O设备切，占用cpu时间过长也切，核心在于切之前将进程的状态保存下来，这样才能保证下次切换回来时，能基于上次切走的位置继续运行

第四代计算机（1980~至今）：个人计算机

五、操作系统的目的

操作系统的目的：方便性，有效性，可扩充性，开放性
合理地组织计算机的工作流程，直接控制和管理计算机硬件和软件资源

六、典型的操作系统

UNIX 、 Linux 、Mac OS X 、Windows 、ios、android、WP、Chrome OS