操作系统概念及特征

本博客摘抄北大陈向群老师在Coursera上的公开课程：北大陈向群老师在Coursera上的公开课

1. 什么是操作系统

操作系统是计算机系统中的一个系统软件，是一些程序模块的集合

（1）它们能以尽量有效、合理的方式组织和管理计算机的软硬件资源

（2）合理地组织计算机的工作流程，控制程序的执行并向用户提供各种服务功能

（3）使得用户能够灵活、方便地使用计算机，使整个计算机系统高效率运行

作用：

（1） 资源的管理者 → 有效

（2） 通过命令接口、编程接口等向用户提供各种服务 → 方便使用

（3） 对硬件机器的扩展 → 扩展能力

作为资源的管理者，怎样管理资源？

（1）跟踪记录资源的使用状况 如：哪些资源空闲，分配给谁使用，允许使用多长时间等

（2）确定资源分配策略——算法:静态分配策略、动态分配策略

（3）实施资源的分配和回收

（4）提高资源利用率

（5）保护资源的使用

（6）协调多个进程对资源请求的冲突

从资源管理者的角度，操作系统的五大基本功能：

（1）进程/线程管理（CPU管理）： 进程线程状态、控制、同步互斥、通信、调度、……

（2）存储管理 ： 分配/回收、地址转换、存储保护、内存扩充、……

（3）文件管理 ： 文件目录、文件操作、磁盘空间、文件存取控制、……

（4）设备管理 ： 设备驱动、分配回收、缓冲技术、……

（5） 用户接口： 系统命令、编程接口

OS对硬件机器的扩展

（1）操作系统在应用程序与硬件之间建立了一个等价的扩展机器（虚拟机）

（2）对硬件抽象，提高可移植性；比底层硬件更容易编程



2、操作系统的特征



OS特征——并发：

并发(concurrency)：指处理多个同时性活动的能力

由于并发将会引发很多的问题：

活动切换、保护、相互依赖的活动间的同步

在计算机系统中同时存在多个程序运行，单CPU上

宏观上：这些程序同时在执行

微观上：任何时刻只有一个程序真正在执行，即这些程序在CPU上是轮流执行的

并行(parallel)：与并发相似，但多指不同程序同时在多个硬件部件上执行

OS特征——共享：

共享(sharing)：操作系统与多个用户的程序共同使用计算机系统

中的资源（共享有限的系统资源）

操作系统要对系统资源进行合理分配和使用

资源在一个时间段内交替被多个进程所用

互斥共享（如打印机）

同时共享（如可重入代码、磁盘文件）

OS特征——虚拟

（1）一个物理实体映射为若干个对应的逻辑实体－－分时或分空间

（2）虚拟是操作系统管理系统资源的重要手段，可提高资源利用率

例如：

CPU－－每个进程的”虚处理机”

存储器－－每个进程都有独立的虚拟地址空间（代码＋数据＋堆栈）

显示设备－－多窗口或虚拟终端

OS特征——随机

随机：操作系统必须随时对以不可预测的次序发生的事件进行响应并处理

 进程的运行速度不可预知：多个进程并发执行，“走走停停”，无法预知每个进程的运行推进的快慢

 难以重现系统在某个时刻的状态（包括重现运行中的错误）