NISP 一级 | 4.1 操作系统概述

关注这个证书的其他相关笔记：NISP 一级 —— 考证笔记合集-CSDN博客

0x01：操作系统概述

我们知道世界上第一台计算机诞生于 1946 年的美国宾尼法尼亚大学，这个时候的计算机并没有操作系统，它的操作方式还是最原始的人工直接操作硬件，就是由程序员将事先打好孔的纸带装入纸带输入机，纸带上的孔对应的就是程序和数据，然后再启动输入机，将程序和数据输入计算机，最后再启动计算机，等待计算机运行完毕输出结果。

第一代计算机的操作模式有着明显的缺点，首先一次只能提供一个用户使用，再一个就是不同的硬件，就要求程序员做出相应的编程，程序通用性比较差，而且依靠打孔的形式出现任何一点错误，程序员都要整个重新编程，工作量大，于是随着硬件的发展和使用者的需求，从 20 世纪 70 年代中期开始出现了计算机操作系统，随着科技和技术的不断发展，时至今日操作系统已经给我们的生活带来翻天覆地的变化。

操作系统在计算机系统中位于应用软件与计算机硬件之间，它既面向系统资源（操作系统必须尽可能提高资源利用率）又面向用户（操作系统必须提供方便易用的用户界面）。

0x02：操作系统的定义

操作系统就是一组控制和管理计算机硬件和软件资源合理的对各类作业进行调度以及方便用户的程序集合，是直接运行在裸机上的最基本的系统软件，其他任何软件都必须在操作系统的支持下才能运行，可以说操作系统是连接用户和计算机硬件的接口，所以操作系统必须提供方便应用的用户界面。

0x03：操作系统的特征

0x0301：并发（Concurrence）性

并发是两个或多个事件在同一时间间隔内发生。操作系统的并发性是指计算机系统中同时存在多个运行着的程序，并且它具有处理和调度多个程序同时执行的能力。在操作系统中通过引入进程使程序并发执行。

这里需要注意的是“同一时间间隔”和“同一时刻”的区别，“同一时间间隔”叫做并发，而“同一时刻”叫做并行。

在多道程序环境下，一段时间内，宏观上有多道程序在同时执行，而在每一时刻，单处理环境下，实际仅能有一道程序执行。因此微观上这些程序还是在费时的交替执行，操作系统的并发性是通过分时得以实现的。

并行是指系统具有可以同时运行运算或操作的特征。在同一时刻完成两种或两种以上的工作，并行技术需要有相关硬件的支持，如多流水线或多处理机硬件环境。

0x0302：共享（Sharing）性

共享即资源共享，是指系统中的资源可供内存中多个并发执行的进程共同使用，共享可分为两种资源共享方式。

互斥共享方式： 系统中的某些资源，虽然可以提供给多个进程使用，但一个时间段内只允许一个进程访问该资源。
同时共享方式：系统中的某些资源，允许一个时间段内由多个进程“同时”对它们进行访问。这里的同时是宏观上的，微观上很有可能是多个进程交替访问系统中的同一资源。

0x0303：虚拟（Virtual）性

在虚拟处理器技术中，通过多道程序并发执行来分时使用一个处理器，此时虽然只有一个处理器，但它能同时为多个用户服务，使每个终端用户都感觉有一个中央处理器在专门为他服务，利用多道程序设计技术把一个物理上的 CPU 虚拟为多个逻辑上的 CPU 称为虚拟处理器，类似的可以通过虚拟存储技术将一台机器的物理存储器变为虚拟存储器，以便从逻辑上来扩充存储器的容量，当然这时用户所感觉到的内存容量是虚的，我们把用户所感觉到的存储器称为虚拟内存。

0x0304：异步（Asynchronism）性

在多道程序环境下允许多个程序并发执行，但由于资源有限，进程的执行不是一贯到底的，而是走走停停，以不可预知的速度向前推进，这就是进程的异步性。

异步性使得操作系统运行在一种随机的环境下，可能导致进程产生与时间有关的错误，就像对全局变量的访问，顺义不当会导致程序出错一样，但是只要运行环境相等，操作系统必须保证多次运行进程都获得相同的结果。

0x04：操作系统的作用

操作系统有两个重要的作用，即管理系统中的各种资源（硬件资源与软件资源）与为用户提供良好的界面。

管理系统中的各种资源：
- CPU 管理
- 存储管理
- 设备管理
- 文件管理
- 网络与通信管理
为用户提供良好的界面：通过用户接口实现
- 作业控制级接口
  - 联机用户接口
  - 脱机用户接口
- 程序级接口

0x05：操作系统的分类

按机型分：大型机、中、小型和微型机
按用户数目分：单用户操作系统和多用户操作系统
按功能特征分：批处理操作系统、实时操作系统、分时操作系统
按应用领域划分：桌面操作系统、服务器操作系统和嵌入式操作系统。
- 桌面操作系统
  - Mac OS X、Linux 发行版、Windows XP、Windows Vista、Windows 7、Windows 8、Windows 10
- 服务器操作系统
  - Unix 系列：IBM-AIX，HP-UX
  - Linux 系列：Red Hat Linux、CentOS、Ubuntu
  - Windows 系列：Windows Server 2003、Windows Server 2008、Windows Server 2008 R2
- 嵌入式操作系统
  - Android、IOS、Symbian、Windows Phone、BlackBerry OS

0x06：思考题

0x0601：常见的个人操作系统有哪几类？

答：常见的个人操作系统有 Windows 系列和 Linux 系列。

0x0602：简述操作系统和程序的关系

答：操作系统是一个平台，任何软硬件都必须以他为基础来实现，程序是运行在操作系统上的子程序。