什么是操作系统以及如何学习操作系统

操作系统是什么

1. 计算机是由若干硬件组成：显示器、CPU、内存、主板（提供总线）、键盘、鼠标、硬盘等。
2. 计算的发明是帮助人类完成一些计算与逻辑任务。
3. 但是人们不能直接的使用计算机硬件，需要在计算机硬件上包上一层软件，我们使用这些软件来完成一些特定的任务，比如进行数学计算、文字排版、聊天、邮件等。
4. 操作系统就是计算机硬件与应用软件之间的一层软件（或者说是接口），两个目标：1）方便我们使用硬件；2）高效的使用硬件
5. 操作系统管理哪些硬件呢：CPU管理、内存管理、终端管理、磁盘管理、文件管理、网络管理、电源管理和多CPU管理。
6. 网络管理、电源管理和多核管理属于高级操作系统的相关知识。在Udacity的高级操作系统中有讲授。

操作系统的发展历史

操作系统是伴随着计算机的发展而发展的，在任何时期都是以解决当时遇到的实际问题为创新点，大致经历了如下几个时期：

• 第一个阶段，以上古神机IBM7094为代表的计算上的操作系统，计算机的主要目的是大量计算，所以当时的操作系统是一种批处理操作系统，作业一批一批的被顺序执行。输入输出都是磁带。
• 第二个阶段，计算机开始进入多个行业，需要完成各种不同的任务，一台计算机需要干更多的事，这时候就出现了多道程序操作系统，因为有的作业是计算任务，有的作业是IO类型的任务，所以可以在作业之间进行切换和调度，让CPU忙碌起来。典型代表为IBM OS/360。
• 第三个阶段，出现了分时操作系统，每个使用计算机的人都可以启动一个作业，作业之间快速的进行切换，而不是像上个阶段那样只有处理IO时，才会换到下个作业。这个时期的代表是MIT的MULTICS。
• 第四个阶段是，随着小型机的大量普及，出现了Unix和Linux操作系统。从设计上更简单和灵活。同时Windows操作系统也诞生了，它主要是在用户界面方面做了很大的创新与改进。

学习操作系统的三个层次

Learn OS concepts by coding them!

学习操作系统根据学习深浅的不同可以分为三个层次：

• 层次一：从应用软件出发“探到操作系统”，主要讲解如何使用操作系统提供的接口如：printf/fork/open/read等。
• 层次二：从应用软件出发“进入操作系统”：了解操作提供的系统接口是如何实现的，可以自己给操作系统增加服务接口，为新的硬件写驱动程序等。
• 层次三：硬件出发“设计操作系统”，给一个硬件板子，通过查硬件手册，可以自己配一个操作系统，针对这个板子实现自己的操作系统。

我们要以对照一下Standford的操作系统的学习要求，主要是能完成4个操作系统实验，这4个实验也体现了操作系统的真正核心。

• 实验一: 扩展线现，实现线程调度
• 实验二: 实现系统调用，将整个接口剥掉，添加
• 实验三: 实现虚存管理，扩展实现内存管理
• 实验四: 扩展文件系统，扩展实现一个文件管理

操作系统相关学习资源

• 实验楼8个操作系统实验
• 实验环境搭建
• 实验代码参考
• 实验手册