我的操作系统复习——操作系统概述

　　我觉得学习某样知识的最大原动力在于，当你觉得现有知识不足以解决当前问题的时候的求知欲。为了彻底与系统底层做个了断。今天开始全面复习系统底层知识，从操作系统开始吧，到UNIX，再到虚拟机。我希望自己能把一件事情的本质，用自己的话讲出来。

一、操作系统是什么

　　计算机是什么？说白了，硬件加软件的集合。操作系统是什么？是操作最底层硬件的那层软件。有了操作系统，我们就无需外部输入1010这样的二进制信息让计算机处理了，这么说吧，计算机硬件是一组资源，操作系统把这些资源都封装了，让你可以更方便的使用它。

　　对于计算机的资源，可以分为4类，按照教科书上的说法，就是处理器、存储器、I/O设备以及信息（数据和程序），说白了，指的就是CPU、内存、输入输出设备（鼠标、键盘、显示器等等）、硬盘和硬盘上的软件。操作系统封装了计算机硬件系统，并且管理计算机的4种资源，这就是操作系统的功能。很容易理解吧。

 

二、操作系统发展历程

　　操作系统的发展历程很重要，它可以让我们意识到，技术改进最重要的作用，就是改变目前最迫切需要改变的东西。

　　这里三言两语介绍一下操作系统的发展历程。

（1） 人工操作方式。

　　传说中的纸带操作。把程序和数据用最简单的纸带记录下来，然后通过纸带输入（I/O）进计算机（内存），然后计算机运行。这时候我们可以看到，计算机I/O和信息（硬盘程序、数据）都是通过简单的纸带来存储并传送的。速度当然慢。

（2） 脱机输入/输出方式。

　　这个跟纸带也脱不了关系，不过是将纸带信息预先装进磁带上，然后计算机运行的时候，程序和信息从磁带调入内存。这样的速度当然大大提升了。我们可以看到，这种方式，说白了就是给计算机增加了一个简单的硬盘，程序和数据放在硬盘上，而不是纸带上。

（3） 单批道处理系统。

　　这是最早的操作系统了。CPU控制“监督程序”将磁带上的一个作业（程序和数据）调入内存，然后运行它，然后调用下一个作业入内存，再运行它。这样依次运行完磁带上的所有作业。系统内存中一个时刻只有一道程序在运行，CPU也只是单线程的处理完IO再处理程序这样循环。

（4） 多道批处理系统。

　　这是效率非常高的一种操作系统。用户提交的作业在硬盘上并排成一个队列，然后调度程序把若干作业放进内存。某个作业执行的时候，遇到IO请求，不阻塞，不让CPU空闲，而是让CPU去执行内存中的另一个作业。这样各个作业轮流执行，CPU等系统资源尽可能的保持占用。

（5） 分时系统。

　　这是一种多用户系统，主要特点就是多用户同时使用，每个用户都有自己的终端对计算机进行操作。分时系统采用了非常经典的时间片，即每个用户、每个作业在一个时间片内，都依次运行，并只运行一个很短的时间，这样看上去好像每个用户都独占了整个计算机一样。分时系统主要用于查询系统。

（6）实时系统。

　　实时系统可以看作是一种面向内部的要求更高更精确的分时系统。不过这种“分时”不一定通过时间片来控制，也可能是通过一个设定的截止时间来控制。系统内部是对多项实时任务的采集和控制。说白了，就是一种精确的多任务系统。

（7）微机操作系统。

　　这个就很简单啦，分别有单用户单任务操作系统（CP/M、MS-DOS等）、单用户多任务操作系统（Windows95、XP等）、多用户多任务操作系统（UNIX OS等）。

 

三、操作系统的结构

（1）无结构OS（第一代）

　　这是最早期的操作系统，仅仅追求功能和实现，无需深究。

（2）模块化结构的OS（第二代）

　　将OS划分为若干各自独立的模块，如进程管理模块、存储器管理模块、文件管理模块等，并将各模块划分为各自的子模块，这样不断细分，系统就有比较清晰的模块化结构。不过由于模块化结构设计中，各个模块的设计齐头并进，没有可靠的“决定顺序”，这种设计又被称为“无序模块法”。这一代OS在第一代的基础上加上了模块的划分，便前进了一大步。

（3）分层式结构的OS（第三代）

　　自底向上的分层设计，最底层只面向硬件，功能单一而正确，此后每层看待下层都是透明的，功能不断丰富、往高层不断抽象，高层只依赖于它的底层。这也是面向对象思想的体现。这种结构与我们熟知的网络协议体系结构非常类似。这种结构在软件设计上是非常常见的。简单说就是按层划分、不断抽象，每层只操作下一层。 　　 　　

（4）微内核结构的OS（现代结构OS）

 　　微内核结构的OS将系统划分为两大部分：微内核和多个系统服务器。微内核指的是足够小的、能实现现代OS最基本功能的部分。它负责于硬件最基本的联系、与外层系统服务器通信这两大基本功能。外层系统服务器指的是操作系统内部的，将各种系统服务都抽象为一种模块化的服务器结构，用一个进程来表示，如文件服务器、进程服务器等。我们都知道，服务器的本质就是对消息的请求和响应，这十分适用于当今系统所要求的分布式处理。用一个足够简单和高效率的微内核来对各个服务器进行实际的处理，各个服务器是总体而言是模块化的，而服务器本身是建立在分层次的OS上的，这种设计模式不但可靠，而且扩展性和性能都非常优越。这种设计实在是优雅。