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操作系统:概念和发展历史
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1.2 概念和发展历史
1. 操作系统概念和作用
1.1 引出操作系统
1946年,冯诺伊曼提出了计算机的基本架构,包括:存储器和控制器。至今,计算机经过了很
多发展,已经从当初的计算,到现在进入千家万户,实实在在的解决用户的需求。
相应的,也需要计算机能够越来越快的处理越来越多的问题,即达到“多快好省”的目的,这也
是计算机系统的目标。
我们看到的计算机,主要是计算机的硬件,比如:输入输出设备等,除此还包括:运算器、控
制器、存储器。普通用户并不需要直接与这些硬件打交道,比如:需要写一篇文档,普通用户
并不需要了解计算机是怎样存放在内存中,只需要关注需求自身,及应用软件,具体来说:用
户只需要找到一个office软件,将更多注意力放在文档内容自身即可。
但是,在这个过程中,计算机内部有较多改变,具体包括:应用程序载入内容中,CPU调用应
用程序,并在磁盘上分配存储空间等等。所有这些底层的操作,繁琐低效,且只有专业技术人
员才可操作。
另外一方面,所有的应用程序,比如微信、QQ等,都需要将应用程序载入内存,合理使用计算
机中的各类资源,这是一个共性的问题,并不需要针对某一个单一的应用程序,从头到尾,在
重新考虑怎样分配资源。这类共性问题,可抽象成一个模块、一个服务、一个软件等,提供给
所有的应用程序使用。
操作系统主要就是为了解决这些问题。
操作系统,就是铺设在计算机硬件上的一层系统软件。我们使用的计算机,包括:mac或windo
ws,都已经在原始的裸机上安装了操作系统,这些操作系统由Apple和Microsoft等不同公司开
发,具体实现有差异,但是通用结构都很类似,都是为了实现给用户提供更便捷高效使用体验
,且能最大化利用计算机资源的目标。
有了操作系统,用户可以更多关注应用程序和自身的需求,比如:写文档、聊天、听音乐等,
只需要打开应用程序的图形用户界面,比如:windows打开QQ图标,即可打开QQ应用。那些底
层的、繁杂的、复杂的、只有计算机专业人员才会使用的技能,都已经封装在了操作系统中,
对用户“不可见”。
不过,从计算机的某些表现来看,还是能查看到与操作系统相关的指标或数据,比如:计算机
有时候使用出现卡顿,即用户无论怎样点击等发送请求,都无法得到响应;计算机嗡嗡响等。
更直接的,使用操作系统提供的系统工具,可查看到计算机系统中的整个指标,比如:在mac
中可通过查看活动监视器,在windows中可通过查看任务管理器,查看当前计算机系统中运行
的程序,及其所占用的CPU、网络、磁盘使用情况。
如下图1,在mac活动监视器中,可查看当前的运行程序,即CPU、内存、磁盘、网络的占用情
况。
1.2 基本概念
操作系统是什么?到目前为止,对操作系统并没有一个完全的、清晰的、明确的概念。因不同
设计目标、功能边界,不同的操作系统之间,也有差异。
最常用的概念就是,操作系统(operation
system,简称:OS)是管理计算机硬件和软件资源的系统软件,介于硬件和应用软件之间。
首先:操作系统自身是软件,它需要管理计算机的硬件,比如:cpu、内存、IO等,怎样合理
、有效、公平的将这些资源分配给应用程序,正是操作系统的作用;
同时一些系统指令等,也需要经过操作系统的封装和翻译,由硬件来执行。
如图2,展示的是操作系统在计算机系统中的位置。
由其所处的位置,也可以发现,操作系统处于硬件与应用程序之间,起到一个承上启下的作用
。
对底层硬件资源来说,操作系统封装了很多繁琐的硬件操作。底层的硬件资源,包括:CPU、
内存、IO输入输出等,这些有限的硬件资源,需要提供给不同的应用程序来使用,比如:需要
将CPU、内存这些资源提供给同一台计算机中的QQ应用程序、Google浏览器等使用,只有这样
,应用程序才能运行起来;怎样合理、公平、最大化的使用硬件资源,是操作系统需要做的事
情。
对应用程序来说,并不需要关注底层CPU的分配、内存的分配,只需要将更多的精力放在应用
程序自身就行,而此时,操作系统将提供稳定的API接口,供应用程序使用。比如:当用户点
击一个应用程序的图标时,操作系统会创建一个应用程序的进程,为其分配CPU资源、内存资
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姗姗来此
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