操作系统的基本概念、功能和目标详解
操作系统的基本概念、功能和目标详解
操作系统是计算机系统中最基本、最核心的软件，它控制和管理整个计算机的硬件和软件资源，合理组织、调度计算机的工作与资源分配，为用户和其它软件提供方便的接口和环境。本文将详细介绍操作系统的层次结构、基本概念、功能和目标。
01 | 熟悉的操作系统举例
在日常生活中，我们经常接触到各种操作系统，如Windows、macOS、Linux等。这些操作系统为我们提供了友好的用户界面和丰富的功能，使我们能够方便地使用计算机完成各种任务。
02 | 操作系统的层次结构
操作系统通常由多个层次组成，每个层次都有其特定的功能和职责。这种层次结构使得操作系统能够更好地管理和控制计算机资源，同时为用户提供便捷的使用体验。
03 | 操作系统的概念
操作系统是系统最基本、最核心的软件，属于系统软件。它控制和管理整个计算机的硬件和软件资源，合理组织、调度计算机的工作与资源的分配，为用户和其它软件提供方便的接口和环境。
04 | 操作系统的功能和目标
为了更好地理解操作系统的功能和目标，我们先来看一张思维导图：
让我们用一个直观的例子来理解上述图中操作系统的功能：
假设用户是雇主，操作系统是工人（用来操作机器），计算机是机器（由处理机(CPU)、存储器、设备、文件几个部件构成）。工人有熟练的技能去控制和协调各个部件的工作，这就是操作系统对资源的管理。同时，工人必须接受雇主的命令，这就是“接口”。有了工人，机器就能发挥更大的作用，因此工人就成了“扩充机器”。工人操作机器、机器有了更大的作用比如GUI界面，于是工人便成了扩充机器，去扩充GUI界面等功能。
4.1 | 作为计算机系统资源的管理者
操作系统作为计算机系统资源的管理者，主要负责管理软硬件资源、合理组织、调度计算机的工作与资源的分配。具体包括以下四个方面：
1️⃣处理器（CPU）管理
在多道程序环境下，CPU的分配和运行都以进程（或线程）为基本单位，因此对CPU的管理可理解为对进程的管理。进程管理的主要功能包括进程控制、进程同步、进程通信、死锁处理、处理机调度等。
2️⃣存储器管理
为多道程序的运行提供良好的环境，方便用户使用及提高内存的利用率，主要包括内存分配与回收、地址映射、内存保护与共享和内存扩充等功能。
3️⃣文件管理
计算机中所有的信息都是以文件的形式存在的，操作系统中负责文件的管理的部分称为文件系统，文件管理包括文件存储空间的管理、目录管理及文件读写管理和保护等。
4️⃣设备管理
设备管理的主要任务是完成用户的I/O请求，方便用户使用各种设备，并提高设备的利用率，主要包括缓存管理、设备分配、设备处理和虚拟设备等功能。
以上4种管理功能都由“工人”负责，“雇主”无序关注。
4.2 | 作为用户与计算机硬件系统之间的接口
为了让用户方便、快捷、可靠的操作计算机硬件并执行自己的程序，操作系统提供了用户接口。操作系统提供的接口分为两类：命令接口和程序接口。
1️⃣命令接口
命令接口分为两类：联机命令接口和脱机命令接口，用户可以直接调用。
- 联机命令接口：又称交互式命令接口，适用于分时或实时系统的接口，由一组键盘操作命令组成。用户输入一条指令，操作系统就执行一条指令；
- 脱机命令接口：又称批处理接口，使用于批处理系统，由一组作业控制命令组成。用户输入一堆指令，操作系统运行一堆指令。在操作系统运行这些命令时用户不可干预。批处理(Batch)，也称为批处理脚本。顾名思义，批处理就是对某对象进行批量的处理，通常被认为是一种简化的脚本语言，它应用于DOS和Windows系统中。批处理文件的扩展名为bat 。
2️⃣程序接口
程序接口：由一组系统调用（也称广义指令）组成。用户通过在程序中使用这些系统调用来请求操作系统为其提供服务，只能通过用户程序间接调用。如使用各种外部设备、申请分配和回收内存及其它各种要求。动态链接库英文为DLL，是Dynamic Link Library的缩写。DLL是一个包含可由多个程序，同时使用的代码和数据的库。
比如常见的图形用户界面程序接口GUI。
4.3 | 作为扩充机器（虚拟机）
没有任何软件支持的计算机称为裸机。覆盖了软件的机器称为扩充机器或虚拟机。
05 | 知识回顾与重点考点
参考：《2021王道考研操作系统》
https://www.bilibili.com/video/BV1YE411D7nH?p=2