引言如果把一台电脑比作一家公司那么操作系统OS就是这家公司的 CEO——它不亲自拧螺丝执行具体运算但负责调度人手CPU、分配工位内存、管理文件柜磁盘还负责跟客户用户打交道。没有操作系统再昂贵的硬件也只是一堆通电的废铁。核心速览操作系统是计算机系统中最基本的系统软件负责管理硬件资源、提供用户接口、扩展硬件能力操作系统的四个基本特征并发同时运行多程序、共享资源被多进程共用、虚拟物理实体映射为逻辑实体、异步进程走走停停不可预知并发和共享是操作系统最基本的两大特征二者互为存在条件什么是操作系统官方定义操作系统Operating System, OS是指控制和管理整个计算机系统的硬件与软件资源合理地组织、调度计算机的工作与资源的分配进而为用户和其他软件提供方便的接口与环境的程序集合。它是计算机系统中最基本的系统软件。三个角色一个定位理解操作系统可以从它扮演的三个角色切入角色一系统资源的管理者操作系统负责管理四大类硬件资源资源类型管理内容举例处理器CPU进程调度、分配 CPU 时间QQ 和微信如何轮流使用 CPU存储器内存内存分配与回收、地址映射程序运行时需要占据多少内存空间文件磁盘文件的创建/删除/读写/权限D:/Tencent/QQ/Bin/QQ.exe 的定位与加载设备I/O输入输出设备的分配与控制摄像头同时只能被一个程序独占使用以用 QQ 和朋友视频聊天为例背后发生的事情是在文件夹中找到QQ.exe文件管理将程序和相关数据放入内存内存管理对应的进程被 CPU 处理处理器管理摄像头设备被分配给 QQ 使用设备管理角色二用户与硬件之间的接口操作系统把丑陋的二进制硬件指令封装成美观易用的服务接口类型说明例子命令接口联机用户说一句系统做一句winR→cmd→time命令命令接口脱机用户说一堆系统做一堆Windows 的.bat批处理脚本程序接口系统调用供程序员在代码中调用C 语言printf()底层调用 OS 的显示功能图形用户接口GUI可视化图形界面Windows 桌面拖拽文件到回收站删除 很多同学习惯把 Linux/Windows 的小黑框命令叫做指令但注意区分用户敲的ls、cd是命令接口交互式命令CPU 执行的0101...是机器指令硬件层面两者是完全不同的概念角色三硬件机器的扩展没有操作系统的计算机称为裸机。在裸机上覆盖操作系统后就构成了我们日常使用的虚拟机这里的虚拟机泛指功能扩展后的机器不是 VMware 那种虚拟机软件。操作系统将底层硬件的能力向上扩展让用户无需关心硬件细节——就像开车不需要懂内燃机原理一样。操作系统的四个基本特征特征一并发Concurrency并发是指两个或多个事件在同一时间间隔内发生。从宏观上看它们是同时发生的但从微观上看是交替发生的。一个生动的比喻——海王的约会时间表从宏观上看同时在谈两个对象从微观上看每个时刻只跟一个人在一起。⚠️考研核心考点并发 ≠ 并行并发单 CPU多个程序交替运行宏观同时微观交替并行多 CPU多个程序真正同时运行宏观和微观都是同时单核 CPU 只有并发没有并行多核 CPU 并发和并行并存即使有 4 核 CPU当需要同时运行的程序超过 4 个时并发依然必不可少特征二共享Sharing共享是指系统中的资源可供多个并发执行的进程共同使用。分为两种方式共享方式说明举例互斥共享同一时间只允许一个进程访问摄像头QQ 视频通话时微信不能同时用同时共享允许多个进程同时访问宏观同时微观交替硬盘QQ 读取文件 A微信读取文件 B⚠️考研核心考点并发与共享的关系并发性使共享成为可能没有并发执行资源只用一次无需共享共享性使并发成为必要没有资源共享各进程独立运行无需并发调度二者互为存在条件是操作系统最基本的两大特征特征三虚拟Virtualization虚拟是指将一个物理实体映射为若干个逻辑上的对应物。物理实体是实际存在的逻辑对应物是用户感受到的。虚拟存储器时分复用技术实际物理内存4GB 用户感受到的可用内存远大于 4GB因为虚拟内存技术 背景运行的程序GTA5(4GB) QQ(256MB) 迅雷(256MB) ...为什么能跑起来因为虚拟化让每个进程觉得自己独占 4GB 内存实际上它们在分时复用物理内存。虚拟处理器时分复用技术实际 CPU 核心1 个 用户感受到的 CPU似乎有 6 个在同时为自己服务⚠️ 虚拟性必须以并发和共享为前提——没有并发就谈不上时分复用没有共享资源也无法被虚拟成多份。特征四异步Asynchrony异步是指在多道程序环境下由于资源有限进程的执行不是一贯到底的而是走走停停以不可预知的速度向前推进。进程 A 的理想执行████████████████████ (一口气完成) 进程 A 的实际执行██░░██░░░░██░░████░░ (走走停停) ↑ ↑ ↑ 等待 等待 等待 I/O 内存 CPU⚠️ 只有系统拥有并发性才可能产生异步性。如果系统只能串行执行程序每个程序都会一贯到底。四个特征的关系总结常见疑问并发和并行到底怎么区分一句话并发是逻辑上的同时并行是物理上的同时。单核 CPU 上跑多个程序 → 并发。4 核 CPU 同时跑 4 个程序 → 并行。4 核 CPU 同时跑 8 个程序 → 并发 并行混合。为什么说没有并发和共享就谈不上虚拟和异步虚拟的本质是时分复用——把同一个物理资源在不同时间段分配给不同进程使用。如果没有并发多进程交替执行时分复用就无从谈起。异步是并发执行的必然结果既然要交替执行就一定会有等待有等待就不可能一贯到底。操作系统的四大特征中哪两个是最基本的并发和共享。它们是操作系统区别于单道程序系统的本质特征也是虚拟和异步存在的前提。408 考试中这是高频选择题考点。小结操作系统的定义管理硬件资源、提供用户接口、扩展硬件能力的系统软件五个功能处理器管理、存储器管理、文件管理、设备管理、用户接口四个特征并发交替执行、共享资源共用、虚拟物理→逻辑映射、异步走走停停核心关系并发 ↔ 共享是最基本特征虚拟和异步建立在这两者之上下一篇将深入讲解操作系统的发展历程——从手工操作到批处理、分时系统再到实时和分布式系统理清 OS 演进的时间线。