一、前言
操作系统的重要性不言而喻，学习操作系统对理解计算机的工作流程非常有利，也有助于学习其他语言。 语言的许多概念都与操作系统直接相关，学好操作系统是基础中的基础，因此必须掌握好操作系统这个基础知识。
二.什么是操作系统
操作系统(OS，Operating System )是驻留在计算机硬件中的第一层软件，其是硬件系统的首次扩展。 在计算机系统中占有重要地位，汇编程序、编译器、数据库管理系统等系统软件依赖于操作系统的支持，需要得到操作系统的服务。
三.操作系统的作用
为什么需要操作系统？ 很容易就能拿走。 为了让用户方便使用计算机，需要操作系统。 如果没有操作系统，使用计算机就非常困难。 机器只能识别0，1二进制代码，而pyddm无法通过二进制代码与计算机进行交互，因此一般用户很好地使用计算机，如windows操作系统和Linux操作系统既然计算机需要安装操作系统，操作有什么作用呢？
3.1 OS作为用户和计算机硬件系统之间的接口
用户可以通过以下三种方式使用计算机：
命令方式； 操作系统提供命令界面，通过用户输入命令来获取操作系统服务，并控制用户程序的执行。
系统调用方式操作系统提供系统调用，用户可以通过APP界面调用系统调用，实现与操作系统的通信，获取其服务。
图形、窗口方式这是用户最熟悉的方式，只需鼠标点击即可实现与操作系统的通信，获取其服务。
操作系统作为接口映像如下所示。
3.2操作系统作为计算机系统资源的管理员
操作系统管理的计算机系统资源如下。
处理器； 用于处理器的分配和控制。
负责内存的分配和回收利用。
负责I/O设备I/O设备的分配和操作。
档案管理； 负责文件的访问、共享和保护。
3.3操作系统实现了计算机资源的抽象
如果计算机上没有安装软件，用户需要对硬件界面进行编程。 那是相当痛苦的。 为了便于使用硬件设备，它包括一个I/O设备管理软件，该软件提供读/写接口，用户可以通过该接口使用硬件设备输入和输出数据。 这很方便。 它还可以涵盖文件管理软件的各个层次，并提供相应的操作界面。 用户可以通过用户界面操作文件，而无需了解特定细节。 OS由这些软件组成，可屏蔽具体硬件细节，提供用户调用的统一接口，通过该接口可方便地访问和操作硬件资源。
四.操作系统的基本特性
操作系统最重要的特征是同时、共享、虚拟和异步。 其中，合并是最基本的特征，其他三个特征都是以合并为前提的。
4.1同时性
说到合并，自然是并行的，两者有什么区别呢？
并行性是指两个或多个事件在同一时间发生。
并发性是指两个或多个事件以相同的时间间隔发生。
从这两个概念可以看出，在单处理器计算机上，多个程序交替运行和同时运行，但每个时间最多只运行一个程序，而且是并行的。 在多处理器计算机上，程序往往在同一时刻同时执行，是并行的。
用户编写的程序传递给计算机运行，在用户看来计算机运行程序，但实际上在计算机上运行的是线程。 因为程序是静态实体，所以不能在处理器调用中独立执行，也不能与其他程序同时执行。 实际上，计算机为每个程序建立一个进程，为每个进程建立一个线程，然后处理器调度线程以获得执行程序的效果。
进程和线程也是容易混淆的概念。 进程是操作系统分配资源的基本单位，线程是独立执行、独立调度的基本单位，线程基本上不占用资源，一个进程的多个线程共享该进程的资源。 稍后将具体介绍进程和线程。
4.2共享性
共享是指操作系统中的资源可由内存中的多个并发进程(线程)共同使用，这种资源的共同使用称为资源共享。 每个资源的属性决定了进程如何利用资源。 目前，实现资源共享的方法有以下两种。
1 .互斥共享方式
独占共享是一种共享方式，即当资源被进程a占用时，希望使用该资源的其他进程b只能等待，而只有进程a使用该资源，进程b才能使用该资源，这种共享方式称为独占共享。 这种资源称为关键资源或专用资源。 打印机是关键资源。
2 .并发接入方式
某些资源可以在一段时间内由多个进程“同时”访问。 这种“同时”是宏观的，从微观上看，这些过程可能交替存取其资源，而盘装置就是这样的资源。
4.3虚拟化技术
虚拟是通过某种技术将一个物理实体转化为若干逻辑对应物。 物理实体真实存在，逻辑对应物是虚拟的，目前主要有两种虚拟技术：时分复用和空分复用技术。
1 .时分复用技术
时分复用技术用于实现虚拟处理器、虚拟设备等，提高资源利用率。
虚拟处理器技术。 虚拟处理器技术是利用多种编程技术，针对所有程序建立的
一个进程，让多道程序并发执行，从而达到分时使用一台计算机，这台计算机能够同时为多个用户服务，使得每个终端用户都认为有一个处理机专门为他服务。虚拟设备技术。通过虚拟设备技术将一台物理I/O设备虚拟为多态逻辑上的I/O设备，并允许用户占用一台逻辑上的I/O设备，这样可以允许在一段时间内由一个用户访问的设备变为在一段时间内允许多个用户同时访问的共享设备。
2. 空分复用技术
空分复用技术可以用来实现虚拟磁盘、虚拟存储等，用来提高资源利用率。
虚拟磁盘技术。通过虚拟磁盘技术可以将一个硬盘虚拟为多台虚拟磁盘，这样使用起来既安全又方便。如将一块硬盘划分为C、D、E等逻辑盘。
虚拟存储器技术。利用存储器的空闲空间来存放程序，提高内存利用率。还可以通过虚拟存储器技术(实质上是时分复用技术)在逻辑上扩大存储器的容量，它可以使得一道程序通过时分复用技术在远小于它的内存空间中运行。
时分复用或空分复用中逻辑设备数为N，那么每台虚拟设备速速必然等于或低于物理设备速度的1/N。
4.4 异步性
在多道程序环境下，允许多个进程并发执行，但只有进程在获得所需的资源后方可执行，如正在执行的进程A提出打印请求，需要使用打印机，但是此时进程B正在使用打印机，故此时进程A只能等待并且放弃处理机资源，当进程B使用完打印机后，并且分配处理机才能运行，可以看出，进程的执行通常不是一气呵成的，而是走走停停的方式。进程以不可预知的速度向前推进，此即进程的异步性。异步性也是操作系统的一个重要特征。
五、微内核OS结构
为提高操作系统的正确性、灵活性、易维护性、可扩充性，在现代操作系统结构设计中，即单处理机环境下，大多采用了基于客户/服务器模式的微内核结构，将操作系统划分为两个部分：微内核和多个服务器，对微内核的描述如下。
5.1 微内核的特点
1. 足够小的内核
内核是指经过精心设计、能实现现代OS最基本核心功能的部分。微内核并不是一个完整的OS，而只是操作系统中最基本的部分，它通常用于实现与硬件紧密相关的处理、实现一些比较基本的功能、负责客户和服务器之间的通信。
2. 基于客户/服务器模式
将操作系统中最基本的功能放入内核中，把其他绝大部分功能放在微内核外面的一组服务器(进程)中实现。如用于提供对进程进行管理的进程服务器，提供对虚拟存储器管理的虚拟存储器服务器，提供I/O设备管理的I/O设备管理服务器。他们都是被作为进程来实现的，运行在用户态，客户与服务器之间是借助微内核提供的消息传递机制来实现信息交互的
说明：可以看到客户进程与服务器是通过微内核来完成通信的。
3. 应用”机制与策略分离”原理
所谓机制，是指实现某一功能的具体执行结构，而策略，则是在机制的基础上，借助于某些参数或算法来实现该功能的优化，或达到不同的功能目标。通常，机制处于一个系统的基层，而策略则处于系统的高层。在微内核系统中，机制通常放在OS的微内核中。
4. 采用面向对象技术
利用面向对象技术的抽象和隐蔽原则来控制系统的复杂性，利用对象、封装、继承等概念来确保操作系统的正确性、可靠性、易修改性等。
5.2 微内核的基本功能
1. 进程(线程)管理
为实现进程(线程)调度功能，必须在进程管理中设置一个或多个进程(线程)优先级队列，能将指定优先级进程(线程)从所在队列中取出，并将其投入执行。由于这部分属于调度功能的机制部分，应将它放入微内核中。而如何确定每类用户进程的优先级，以及如何修改他们的优先级，都是属于策略问题，可将他们放在微内核外的进程管理服务器中。由于进程之间的通信功能是微内核OS最基本的功能，因此几乎所有的微内核OS都将进程通信功能放在微内核中，此外，还将进程的切换、线程的调度、以及处理机之间的同步功能也放入微内核中。
2. 低级存储器管理
在微内核中，配置了最基本的低级存储器管理机制。如用于将用户控件的逻辑地址变换Wie内存空间的物理地址的页表机制和地址变换机制，这部分是依赖于机器的，因此放入微内核汇中，而采取何种页面算法、采用何种内存分配和回收策略都是具体的策略，放在微内核外的存储器管理服务器中去实现。
3. 中断和陷入处理
微内核可以捕获所发生的中断和陷入事件，并进行相应的前期处理。如进行中断现场保护，识别中断和陷入的类型，然后将有关事件的信息转化成消息后，把它发送给相关的服务器。有服务器根据中断和陷入的类型，调用相应的处理程序来进行后期处理。
5.3 微内核存在的问题
微内核OS采用客户/服务器模式，有许多优点，但是也存在一些缺点，如客户进程与服务进程，服务进程与服务进程通信时，都需要经过微内核，会存在多次用户/内核模式及上下文切换，这使得开销较大。
说明：当客户进程请求文件服务时，需要经过四次用户态和系统态的切换，这样使得开销成本很大。为了减少开销，会把服务器移入到微内核中，这样就只需要进行两次切换即可，会减少系统开销，但是会增加内核的容量。
六、总结
操作系统的基本知识就介绍到这里，之后我们会更深入的介绍每一个知识点，谢谢各位园友的观看~
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作者：leesf 掌控之中，才会成功；掌控之外，注定失败。
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