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Unit 0: 总览 | Overview
操作系统概述
什么是操作系统？
- 从其职能上来看
操作系统是一个资源管理系统
右图描述了计算机系统的抽象层级：自上而下，用户通过应用程序解决问题，应用程序向操作系统请求计算机资源；自下而上，计算机硬件为软件（包括 OS）提供了物质基础，本质上，硬件提供了计算机资源。
操作系统作为中间层，向上为用户程序分配易用的资源，向下直接操作硬件资源。
操作系统还需要公平高效的解决资源分配之间的冲突的问题
具体来说，操作系统管理的资源有这些：① CPU，由于 CPU 的一个核(core)在特定时刻只能处理一件事，所以“CPU 能够为我所用”是一个非常重要的资源；② 内存，执行程序离不开内存，用户程序自然也需要占用一定的内存来解决问题；③ I/O 设备，打印机不能同时打印毛概历年卷和转专业申请表；
- 从其存在上来看
从其存在来看，操作系统本质上还是一个软件程序，是一个不停运行着的，用来执行用户程序的软件。这个角度的本质同时反应了操作系统最初存在的目的，为了提高计算机资源的利用效率，我们需要一个程序来自动化“让计算机完成一系列特定任务”这件事，而为了实现这个自动化，这个程序也需要成为计算机硬件的“代理人”，掌握硬件的所有资源，并且这个“代理人”还得想方法让自己好好“活着”。
操作系统中最中间最基础的部分是内核(kernel)
The common functions of controlling and allocating resources are then brought together into one piece of software: the operating system.
操作系统的设计目标
首先，操作系统本身需要有较好的可靠性和安全性，也就是我们之前提到的，这个“代理人”要尽可能让自己好好“活着”。一方面它需要有良好的异常处理机制（通过中断机制实现），这个“代理人”需要有强健的体魄，不能一刮风它就病倒了；另一方面它需要有权限管理系统（特权模式），以屏蔽来自用户程序的危险行为，用户可以向“柜台”索取抗生素，但是用户索取库房钥匙时，合格的“柜台”显然不能答应这个请求。
其次，操作系统需要有较好的易用性，它需要向用户提供简便的服务以请求系统资源，毕竟操作系统的目的之一就是方便用户使用系统资源——这意味着我们的“代理人”得是个好交流的人，而用户程序调用操作系统资源的途径是系统调用。
当然，操作系统需要是高效的，从最早的批处理系统到现在的分时系统（操作系统的任务执行设计），CPU 的利用率在不断提升，周转时间也在不断缩短，如今的操作系统通过分时技术也实现了体感上的并行，提高效率的同时也提高了用户体验。
还有一点不容忽视的是操作系统的（一定程度上的）公平性，在进程管理这一章中我们会了解到，多进程语境下有大量的冲突问题需要解决，而我们在处理这些冲突问题的时候，可能会出现饥饿(starvation)，而操作系统要做的就是避免饥饿的出现，就好像繁忙时段的电梯，我们不能因为二楼流量很大就不管三楼以上的人。
操作系统的整体设计
操作系统本身是软件，但是本身与硬件内容紧密相关。
- 作者:fufu酱
- 链接:https://csfufu.life/article/372ff29d-e607-4693-9c47-d955b995048c
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