操作系统 - 概述

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操作系统(OS )是计算机用户和计算机硬件之间的接口。操作系统是一种执行所有基本任务的软件，例如文件管理、内存管理、进程管理、处理输入和输出以及控制磁盘驱动器和打印机等外围设备。

操作系统是使应用程序能够与计算机硬件交互的软件。包含操作系统核心组件的软件称为内核。

操作系统的主要目的是使应用程序（spftware）能够与计算机硬件交互并管理系统的硬件和软件资源。

一些流行的操作系统包括Linux操作系统、Windows操作系统、VMS、OS/400、AIX、z/OS等。如今，操作系统几乎存在于所有设备中，如手机、个人电脑、大型计算机、汽车、电视、玩具等

定义

我们可以对操作系统有多种定义。让我们来看看其中的几个：

操作系统是支持计算机基本功能的低级软件，例如调度任务和控制外围设备。

我们可以将这个定义细化如下：

操作系统是充当用户和计算机硬件之间的接口并控制各种程序执行的程序。

以下是来自维基百科的另一个定义：

操作系统（OS）是管理计算机硬件、软件资源并为计算机程序提供通用服务的系统软件。

建筑学

我们可以画出一个操作系统的通用架构图，如下所示：

操作系统世代

操作系统多年来一直在发展。我们可以根据不同代际对这一评价进行分类，简述如下：

第0^代

^{“第 0代}”一词用于指代查尔斯·巴贝奇 (Charles Babbage) 发明分析机以及后来约翰·阿塔纳索夫 (John Atanasoff) 在 1940 年创建计算机的计算发展时期。这一时期的硬件组件技术是电子真空管。这一代计算机没有可用的操作系统，计算机程序是用机器语言编写的。这一代的计算机效率低下，并且依赖于单个程序员作为操作员的不同能力。

第一代（1951-1956）

第一代标志着商业计算的开始，包括 1951 年初推出 Eckert 和 Mauchly 的 UNIVAC I，以及稍后推出的 IBM 701。

系统操作是在专家操作员的帮助下进行的，一度没有操作系统的帮助，但程序开始用更高层次的、面向过程的语言编写，因此操作员的日常工作得到了扩展。后来开发了单程序操作系统，它消除了运行作业时的一些人为干预，并为程序员提供了许多理想的功能。这些系统仍然在操作员的控制下继续运行，操作员过去常常遵循多个步骤来执行程序。像 FORTRAN 这样的编程语言是由 John W. Backus 于 1956 年开发的。

第二代（1956-1964）

第二代计算机硬件最显着的特点是晶体管取代真空管作为硬件组件技术。第一个操作系统 GMOS 是由 IBM 计算机开发的。GMOS是基于单流批处理系统，因为它以组或批次的方式收集所有相似的作业，然后使用打孔卡将作业提交给操作系统，以完成机器中的所有作业。操作系统在完成一项作业后进行清理，然后继续读取并启动打孔卡中的下一项作业。

研究人员开始在称为分时系统的计算服务中尝试多道程序设计和多处理。一个值得注意的例子是 20 世纪 60 年代初期 MIT 开发的兼容分时系统 (CTSS)。

第三代（1964-1979）

随着 1964 年 4 月 IBM 发布 System/360 系列计算机，第三代正式开始。硬件技术开始使用集成电路（IC），这在速度和经济性方面都具有显着的优势。

随着多道程序设计的引入和广泛采用，操作系统的发展仍在继续。更充分地利用计算机数据通道 I/O 功能的想法不断发展。

导致第四代个人计算机发展的另一个进展是采用 DEC PDP-1 的小型计算机的新发展。对于计算机硬件和配套操作系统的发展来说，第三代确实是一个激动人心的时代。

第四代（1979年至今）

第四代的特点是个人计算机和工作站的出现。第三代组件技术，被超大规模集成（VLSI）所取代。我们今天使用的许多操作系统如 Windows、Linux、MacOS 等都是在第四代开发的。

以下是操作系统的一些重要功能。

• 内存管理
• 处理器管理
• 设备管理
• 文件管理
• 网络管理
• 安全
• 控制系统性能
• 工作会计
• 错误检测辅助工具
• 其他软件和用户之间的协调

内存管理

内存管理是指主内存或主内存的管理。主存储器是一个大的字或字节数组，其中每个字或字节都有自己的地址。

主存储器提供了可由CPU直接访问的快速存储。对于要执行的程序，它必须位于主存储器中。操作系统执行以下内存管理活动 -

• 跟踪主内存，即谁正在使用其中的哪些部分，哪些部分未使用。

• 在多道程序设计中，操作系统决定哪个进程将在何时获得内存以及获得多少内存。

• 当进程请求时分配内存。

• 当进程不再需要内存或已终止时，取消分配内存。

处理器管理

在多道程序设计环境中，操作系统决定哪个进程何时获得处理器以及多长时间。这个功能称为进程调度。操作系统执行以下处理器管理活动 -

• 跟踪处理器和进程状态。负责此任务的程序称为交通控制器。

• 将处理器 (CPU) 分配给进程。

• 当不再需要进程时取消分配处理器。

设备管理

操作系统通过各自的驱动程序管理设备通信。它执行以下设备管理活动 -

• 跟踪所有设备。负责此任务的程序称为I/O 控制器。

• 决定哪个进程何时以及多长时间获取设备。

• 以有效的方式分配设备。

• 取消分配设备。

文件管理

文件系统通常被组织成目录以便于导航和使用。这些目录可能包含文件和其他指令。

操作系统执行以下文件管理活动 -

• 跟踪信息、位置、用途、状态等。集体设施通常称为文件系统。

• 决定谁获得资源。

• 分配资源。

• 取消资源分配。

其他重要活动

以下是操作系统执行的一些重要活动 -

• 安全性- 通过密码和类似的其他技术，它可以防止对程序和数据的未经授权的访问。

• 控制系统性能- 记录服务请求和系统响应之间的延迟。

• 工作统计- 跟踪各种工作和用户使用的时间和资源。

• 错误检测辅助工具- 生成转储、跟踪、错误消息以及其他调试和错误检测辅助工具。

• 其他软件和用户之间的协调- 编译器、解释器、汇编器和其他软件向计算机系统的各个用户的协调和分配。