1.2 什么是操作系统

前言

操作系统类型的所有博客，均是《清华大学公开课：操作系统》 向勇、陈渝所教授的课程。
对于我来说，学习操作系统，主要是为了更好的学习Java多线程方面以及Linux方面的知识。写博客能够加深自己所学到的知识，也让更多的朋友了解什么是操作系统方面的知识。
我不能保证说的每个地方都是对的，但是能够保证每一个字都不是复制粘贴的。最后，如果我有说的不对的地方，希望您能够留言指正，谢谢。

思维导图

操作系统的定义

很多书本上，都有对操作系统的定义，但直到现在，操作系统都没有一个完整、精确、公认的定义，因为它的外延和边界都不是固定的。我们现在先从功能的角度来对操作系统进行一个定义：

• 对上
• 对下

对上：操作系统是一个控制软件，它控制了计算机系统中的应用程序怎么运行。操作系统还为用户提供了各种服务，例如放歌。如果一个计算机，没有操作系统，那这些服务都是不存在的。

对下：操作系统是一个资源控制器，资源指的是CPU、内存、磁盘、外设等，操作系统将这些资源进行共享、分配、协调。我们的计算机有各种应用程序，会去抢占这些资源，那么我们的操作系统，可以把这些应用程序协调好。

操作系统就像一个管理员，它管理计算机的应用服务，硬件。
那么对于硬件，操作系统是如何能对它们进行管理的呢？
这些物理资源，操作系统会对它们进行一个抽象：

 - CPU抽象成了进程
 - 磁盘抽象成了文件
 - 内存抽象成了地址空间

刚刚我们从功能的角度定义了操作系统，下面我们从软件的角度来定义操作系统。
软件我们首先可以把它分类两大类：

• 应用软件（办公软件、视频播放）
• 系统软件

操作系统属于系统软件，而对于系统软件，我们可以进一步细化为：

• 功能软件
• 操作系统

功能软件：是指的有特定功能的软件，例如编译器、库。
操作系统：负责的对硬件的管理和控制。操作系统软件其实分为两个层面：

• Shell （对外的层面）
• Kernel （对内的层面）

Shell：操作系统对外暴露的接口，提供应用服务给用户使用，我们可以通过GUI来操作，也可以通过命令行来操作。
我们着重观察的重点，其实是Kernel，从操作系统的内核来了解它到底是什么。
Kernel由哪些部分组成呢？如下：

• CPU调度器
• 物理内存管理
• 虚拟内存管理
• 文件系统管理
• 终端处理与设备驱动

我们之前提到，操作系统可以对CPU进行管理，其实主要是由CPU调度器来完成的。而物理内存管理与虚拟内存管理，是对我们的内存进行管理的。文件系统管理，其实是建立在disks（disks是磁盘块的一个操作单位，可以进行读、写的操作来存储数据）之上的，但是disks是抽象的概念，因此有了文件系统管理。
终端处理与设备驱动，是Kernel内核的底层，直接与硬件打交道，它是操作系统非常重要的一个单元，有了它，我们的操作系统才能对上提供各种应用服务。

操作系统架构层次结构

操作系统的位置，是在硬件之上，应用程序之下的。

操作系统内核的特征

• 并发
  我们可以在计算机中同时运行多个应用程序，操作系统对它们进行管理。这里我们需要注意一下并发与并行的区别，并发指的是一个时间段内，多个程序运行。并行指的是一个时间点内，多个程序运行。当我们只有一个CPU的时候，并行是不存在的
• 共享
  共享让我们的应用程序可以访问各种各样的资源。共享有两种类型，一种是互斥共享，一种是“共享”访问。我们的操作系统管理的资源，其实在一个时间点上，是一个应用服务只能访问一个资源，当然，这是跟资源的粒度相关。
• 虚拟
  这个我们在前面已经提到了，就是将CPU虚拟成了进程，磁盘抽象成了文件等。在虚拟的条件下，我们可以将一台物理机器，虚拟成多台机器。
• 异步
  我们的程序执行并不是一贯到底，而是走走停停，向前推进的速度不可预知。但是只要运行的环境相同，我们程序异步执行的结果都会是一样的，例如1+1=2，在同等环境下，异步执行的结果都会是一样的。

总结

对于操作系统的定义，可以从控制的层面、软件的层面来进行理解。
对于操作系统的组成，我们需要知道Shell和Kernel，在本篇博客中，我们侧重的是Kernel的讲解。
对于操作系统的位置，我们需要知道它面向硬件，在硬件之上，软件之下的。
对于操作系统的特征，我们需要记住并发、共享、虚拟、异步。