操作系统是计算机系统的核心组成部分,它的主要任务是管理和调度计算机硬件及软件资源,为用户提供一个高效、安全、方便的计算环境。操作系统的历史可以追溯到早期的手工操作阶段,随着时间的推移,逐步发展出批处理系统、分时系统、实时系统、网络操作系统、个人计算机操作系统、嵌入式操作系统和分布式操作系统等不同类别,满足不同场景的需求。
操作系统的特征包括并发性、共享性、虚拟性、不确定性和结构化。并发性允许多个任务在同一时间看似同时进行;共享性意味着多个进程可以共享系统资源;虚拟性通过操作系统创建虚拟环境,使得用户感觉拥有独占资源;不确定性源于进程执行的非确定性和调度策略;结构化则指进程由控制块PCB(Process Control Block)结构化,便于管理和控制。
在操作系统中,进程是基本的执行单元,它具有并发性、动态性、独立性、交往性和异步性等特性。进程与程序的主要区别在于,进程是动态的,具有生命周期,而程序是静态的。一个程序可以对应多个进程,比如在多用户环境中,多个用户同时运行相同的程序,就会产生多个进程。进程的状态包括就绪、执行和阻塞三种,其中,就绪状态是指进程等待CPU资源;执行状态是进程正在CPU上运行;阻塞状态是进程因等待某个事件而暂停执行。
PCB是操作系统用来描述和控制进程的关键数据结构,它包含了进程的标识符、当前状态、程序和数据的地址、资源清单、优先级以及CPU现场保护区等信息。PCB的组织方式主要有线性表、链接表和索引表三种,这些方式有助于操作系统快速查找和管理进程。
操作系统的主要功能包括处理机管理(如进程控制、同步、调度、通信)、存储管理(内存分配、保护、地址映射、扩充)、设备管理(缓冲、分配、处理)以及文件管理(存储空间管理、目录管理、读写管理、存储控制)。通过这些功能,操作系统有效地协调和优化了计算机系统的资源利用,提高了系统的整体效率和用户使用的便捷性。理解并掌握这些知识点对于深入理解计算机系统的工作原理至关重要,也是进行系统开发和维护的基础。