操作系统学习笔记-1.1操作系统的基本概念

跟着王道计算机学习，反正也不知道哪个好，就选择王道考研

1.1操作系统的基本概念

操作系统的功能和目标

GUI、CLI 和 API 对比

操作系统的特征

操作系统的核心特征有四个：并发、共享、虚拟和异步。

1. 并发（Concurrency）

定义：
并发指的是多个程序或进程可以同时在操作系统中进行执行。尽管从宏观上看它们是"同时"运行的，但从微观角度来看，由于系统资源的限制，通常它们是在时间片轮转中交替执行的。操作系统通过调度算法来管理多个任务，使它们看似同时进行。

关键点：

• 多进程和多线程：并发是多进程、多线程系统的基础。操作系统通过合理调度多个进程或线程来提高系统的利用率。
• 资源管理：操作系统需要对多个进程争夺资源（如CPU、内存等）进行有效的调度和管理，以避免冲突。
  单核CPU只能运行一个程序，各程序并发执行。多核CPU可以并行执行

2. 共享（Sharing）

定义：
共享指的是多个进程或用户可以共同使用系统中的硬件资源（如CPU、内存、磁盘等）和软件资源（如文件、数据库等）。资源共享是操作系统的一项基本功能，旨在提高资源利用率和用户体验。

关键点：

• 互斥共享：一些资源如打印机，只允许一个进程在某一时刻使用，这样的资源被称为互斥资源。操作系统通过加锁机制来管理互斥资源的访问。
• 同时共享：一些资源可以同时被多个进程访问，例如只读文件或数据，这种共享形式允许多个进程同时进行非破坏性访问。

实际应用：

• 多个用户通过网络访问同一服务器，多个应用共享内存中的数据。

3. 虚拟（Virtualization）

定义：
虚拟化是指操作系统通过某种技术手段，把实际的物理资源（如CPU、内存、硬盘等）映射为多个“虚拟资源”，以便使每个进程都认为自己拥有独立的资源，从而提升效率和隔离性。虚拟化不仅限于硬件资源，还可以应用于操作系统层面，如虚拟内存。

关键点：

• 虚拟内存：操作系统通过虚拟内存技术，使得每个进程都拥有完整的地址空间，即使物理内存不足，系统也能通过页面置换（paging）技术将数据暂时存储在磁盘上。
• 虚拟机：虚拟化技术可以让一台物理机器运行多个虚拟机，每个虚拟机运行独立的操作系统，这提高了硬件的利用率。

实际应用：

• 时分复用技术：现代云计算环境中，服务器通常运行多个虚拟机，每个虚拟机为用户提供一个隔离的计算环境。
• 空分复用技术：虚拟内存技术允许程序运行时需要的内存空间比实际物理内存大得多。

4. 异步（Asynchrony）

定义：
异步性是指在多任务操作系统中，进程的执行往往是不可预测的，进程的执行时间和顺序可能由于资源的限制、调度策略、等待I/O设备等因素而发生变化。每个进程在不同的时间可能获得不同的执行时间，因此进程的执行是间断和不连续的。

关键点：

• 异步调度：操作系统通过进程调度器以异步方式分配CPU给各个进程。各个进程可能需要等待资源或者其他进程的完成，因此进程执行顺序是动态变化的。
• 中断和信号：操作系统中断机制支持异步事件的处理，系统可以随时打断当前正在运行的进程来处理更高优先级的任务。

实际应用：

• 操作系统在后台处理I/O操作（如磁盘读写、网络请求）时，可以不阻塞其他任务的执行，这种异步执行机制保证了系统的响应速度。

课后习题

计算机开机后，操作系统被加载到内存中的系统区，RAM区。
并行是指多个任务同时在多个处理器或多个处理核心上执行。如果计算机有多个CPU核心，那么操作系统可以将不同的进程分配给不同的核心，这样多个进程就能同时执行。单处理机系统进程与进程不可以并行。

库函数和系统调用的区别和联系

以下是库函数与系统调用的区别和联系的表格展示：