理解操作系统（一）冯诺依曼结构和什么是操作系统
- 认识冯诺依曼系统
- 操作系统概念与定位
- 深⼊理解进程概念，了解PCB
- 学习进程状态，学会创建进程，掌握僵⼫进程和孤⼉进程，及其形成原因和危害
1. 冯诺依曼体系结构
我们常⻅的计算机，如笔记本。我们不常⻅的计算机，如服务器，⼤部分都遵守冯诺依曼体系。
截⾄⽬前，我们所认识的计算机，都是由⼀个个的硬件组件组成
- 输⼊单元：包括键盘, ⿏标，扫描仪, 写板等
- 中央处理器(CPU)：含有运算器和控制器等
- 输出单元：显⽰器，打印机等
关于冯诺依曼，必须强调⼏点：
- 这⾥的存储器指的是内存
- 不考虑缓存情况，这⾥的CPU能且只能对内存进⾏读写，不能访问外设(输⼊或输出设备)
- 外设(输⼊或输出设备)要输⼊或者输出数据，也只能写⼊内存或者从内存中读取。
- ⼀句话，所有设备都只能直接和内存打交道。
对冯诺依曼的理解，不能停留在概念上，要深⼊到对软件数据流理解上，请解释，从你登录
上qq开始和某位朋友聊天开始，数据的流动过程。
2. 操作系统(Operator System)
以是什么，为什么，怎么办，三个方面讲解
2-1 什么是操作系统
书上：任何计算机系统都包含⼀个基本的程序集合，称为操作系统(OS)。
笼统的理解，操作系统包括：
- 内核（进程管理，内存管理，⽂件管理，驱动管理）
- 其他程序（例如函数库，shell程序等等）
操作系统就是：一个基本的程序集合，是进行软硬件管理的软件。
大家都知道，安卓手机就是由Linux写的，那他的系统是怎么来的，和电脑的全都不一样吗，
并不是，手机他只改变了外壳，内核还是那些。
2-2 设计OS为了什么
- 对下，与硬件交互，管理所有的软硬件资源
-
对上，为⽤⼾程序（应⽤程序）提供⼀个良好的执⾏环境
图片解释
1.软硬件体系结构层状结构
证明操作系统是高内聚低耦合，例如，台式电脑，有这不同厂商的东西共同组织成，不会因为不是一家产的而停止工作
2.访问操作系统，必须使用系统调用--其实就是函数，只不过是系统提供的
不能越级访问
3.我们的程序，只要你判断出它访问了硬件，那么它必须贯穿整个软硬件体系结构!
例如，写printf，是指令吧，到最后显示在显示屏上。
4.库可能在底层封装了系统调用
2-3 理解操作系统
操作系统在硬件和用户之间的关系：学生、辅导员、校长
比喻背景
将计算机系统类比为一所学校，硬件是学校的物理设施（如教室、图书馆、实验室），用户是学校外的社会需求方（如家长、企业），而操作系统则是学校内部的管理体系。
- 学生：代表用户程序或应用程序（如浏览器、游戏、办公软件）。
- 辅导员：代表操作系统内核（负责直接管理资源和调度）。
1. 学生（用户程序）
- 职责：完成具体任务（如学习、实验、活动）。
- 需求：需要资源（CPU时间、内存、磁盘空间、网络带宽）。
- 限制：不能直接操作硬件，必须通过辅导员（内核）申请资源。
例子：
- 学生A（浏览器程序）需要进入实验室（CPU）做实验（渲染网页），必须向辅导员申请实验室的使用权。
- 学生B（游戏程序）需要图书馆（内存）借书（加载游戏数据），需遵守辅导员制定的借阅规则。
2. 辅导员（操作系统内核）
职责：
- 资源分配：管理CPU、内存、外设等资源，按规则分配给不同学生（进程）。
- 调度协调：决定哪个学生先使用实验室（CPU时间片轮转）。
- 冲突解决：处理多个学生争夺同一资源的情况（如死锁避免）。
- 安全管理：防止学生越权操作（如非法访问其他学生的作业目录）。
未命名文档 4.pdf
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例子：
- 进程调度：辅导员（内核）使用时间片轮转算法，让学生A（浏览器）和学生B（游戏）轮流使用实验室（CPU）。
- 内存管理：辅导员记录每个学生借了多少本书（内存分配），超量时拒绝新请求（内存不足错误）。
- 权限控制：学生C（恶意程序）试图闯入校长办公室（系统文件），辅导员拦截并终止其权限。
3. 校长（系统策略）
职责：
- 制定规则：定义资源分配策略（如优先级、公平性）。
- 全局管理：规划学校整体资源（如新增教室、升级实验室）。
- 安全策略：规定哪些学生可以访问敏感区域（如系统文件）。
- 应急处理：处理全校性危机（如停电、硬件故障）。
例子：
优先级策略：校长规定“科研项目（系统进程）”优先使用实验室（CPU）。
资源扩容：校长决定扩建图书馆（增加内存容量）以满足更多学生需求。
权限管理：校长禁止普通学生进入档案室（root目录），仅允许管理员（root用户）访问。
结合来看
- 学生申请资源：学生D（视频编辑软件）需要高性能实验室（CPU核心）和大量书籍（内存）。辅导员根据校长制定的优先级规则，分配资源并监控使用情况。
- 资源冲突：学生E（下载程序）和学生F（在线会议软件）同时申请网络带宽。辅导员按“实时任务优先”策略，优先分配带宽给学生F。
- 异常处理：实验室突然停电（硬件故障），校长启动备用电源（容错机制），辅导员重新调度学生任务。
比喻总结
角色 对应对象 核心职责
学生 用户程序/应用程序 执行具体任务，依赖资源分配
辅导员 操作系统内核 直接管理资源，调度进程，确保安全
校长 系统策略/管理层 制定规则，全局规划，处理系统级问题