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1.1.1 操作系统的概念、功能和目标

目前在市场上，我们熟知的操作系统有Window、安卓、IOS、MacOS、Linux。那么操作系统的概念到底是什么呢？

如果结合生活经验是理解计算机系统的层次结构的话，我们可以来见证一台电脑的诞生：

1. 买一台裸机
2. 安装Windows操作系统
3. 安装QQ
4. 本宝宝使用QQ和朋友尬聊

1.1.1.1 操作系统的概念

用一个图片来概括计算机系统的层次结构的话，如图：

从图上来看，操作系统位于裸机之上，应用程序在操作系统的支持下运作，也就是说，操作系统起到了一个承上启下的作用，如图中所示，它可以负责管理协调硬件、软件等计算机资源的工作，为上层的应用程序、用户提供简单易用的服务。由此我们可以引出操作系统的定义：

操作系统(Operating System , OS)是指控制和管理整个计算机系统的硬件和软件资源，并合理地组织调度计算机的工作和资源的分配，以提供给用户和其他软件方便的接口和环境，它是计算机系统中最基本的系统软件。

如果要拿直观的例子来看的话，打开window操作系统的任务管理器，我们就可以理解上面的定义所在：

1.1.1.2 作为系统资源的管理者

现在我们需要思考几个问题：

1. 操作系统作为系统资源的管理者，需要提供什么功能？
2. 操作系统作为用户和计算机硬件之间的接口，要为其上层的用户、应用程序提供简单易用的服务，需要实现什么功能？
3. 操作系统作为最接近硬件的层次，需要在纯硬件的基础上实现什么功能？

在思考这些问题前，我们先补充一个知识——进程。

如果学过数据库我们知道：进程是一个程序的执行过程。执行前需要将该程序放到内存中，才能被CPU处理。

举一个平时上网中最简单的例子，如果我们要用QQ和朋友视频聊天，那么我们在没有快捷方式的情况下，我们做的会是如下步骤：

1. 在各个文件夹中找到QQ安装的位置
2. 双击打开QQ.exe
3. QQ程序正常聊天
4. 开始和朋友视频聊天

在这个过程中，在第一步进行的时候，需要找到QQ程序所在的文件夹位置；在第二步进行的时候，需要把该程序相关数据放入内存；在第三步的时候，对应的进程被处理机（CPU）处理；在第四步的时候，需要将对应的摄像头设备分配给进程。所以举这个例子出来后，我们可以看到操作系统作为资源的管理者，他提供了以下四种功能：

• 处理机管理
• 存储器管理
• 文件管理
• 设备管理

而其目标，就是为了安全、高效地管理系统的资源。

1.1.1.3 作为用户和计算机硬件之间的接口

自下往上看，操作系统需要提供给应用程序怎样的接口呢？大体可以分为以下三类：

• 命令接口：允许用户直接使用

• 程序接口：允许用户通过程序间接使用

• GUI：现代操作系统中最流行的图形用户接口

其中我们可以把命令接口和程序接口统称为用户接口。在考研中最重要的即为这两个。

命令接口允许用户直接使用，其分类分为两种，一种是联机命令接口，特点是用户说一句系统做一句；另外一种是脱机命令接口，特点是用户说一堆，系统做一堆。

如果体现在windows系统的电脑上，我们可以按下win+R，输入cmd打开shell窗口，这实际上是一个交互式命令接口，用户说一句，操作系统做一句，这就是联机命令接口。而脱机命令接口又为批处理命令接口，其在Window中体现为shell脚本。

程序接口在Windows操作系统电脑上的体现有很多，如：C：\windows\System32\user32.dll，如果程序员在程序中调用user.32.dll，即可实现创建窗口等功能，该功能只能通过用户程序间接使用。

GUI作为图形用户界面，其结构操作更加明了，用户可以使用形象的图形界面进行操作，而不需要记忆复杂的命令、参数。如果举一个例子的话：在Window操作系统中，删除一个文件只需要把文件拖拽进回收站即可。

我们对以上的知识做一个小结：

1.1.1.4 作为最接近硬件的层次

在1.1.1.3中，我们了解了从操作系统到应用程序直接所提供给用户的接口种类；在这一小节，我们会从上往下看，从操作系统到裸机又有什么关联。

我们常说的裸机，指的是没有任何软件支持的计算机；在裸机上安装的操作系统，可以提供资源管理功能和方便用户的服务功能，将裸机改造成功能更强、使用更方便的机器。

我们通常把覆盖了软件的机器称为扩充机器，又称为虚拟机。

1.1.1.5 小结