操作系统概述

一、基本简介

操作系统向用户提供了一个容易理解和使用的”计算机“(虚拟机)，用户对这个计算机的操作都将被操作系统转换成对计算机硬件的操作。

应用程序可以通过操作系统向上提供的接口来操作硬件，而不能直接调用操作硬件的接口，操作硬件由操作系统来完成。

An operating system acts an intermediary between user of a computer and the computer hardware(作为计算机用户和计算机硬件的中间人)
The purpose of an operating system is to provide an environment in which a user can execute programs in a convenient and efficient manner(为用户便利、高效地执行程序提供环境)
An operating system is sofeware that manages the computer hardware(是一个管理计算机硬件地软件)

所有的管控单元通过总线与内存和CPU相连

磁盘由多层盘片和磁头构成，每个盘面都要有磁头，用于读写数据，其中盘片上又细分有磁道、扇区

主引导扇区(BOOT SECTOR)

磁盘的0柱面、0磁头、1扇区称为主引导扇区，在这个扇区里面存放着一段代码：主引导记录MBR(Main Boot Record)，它用于硬盘启动时将系统控制权转给用于指定的、在分区表中登记了某个操作系统分区
MBR的内容是在硬盘分区时由分区软件写入该扇区的，MBR不属于任何一个操作系统，不随操作系统的不同的而不同，即使不同，MBR也不会夹带操作系统的性质，具有公共引导的特性。

BOOTSTARP(启动) OF COMPUTER

打开电源，CPU将控制权交给BIOS(基本输入输出系统，存放在CMOS中)，BIOS是主板上寄存器里面的一段代码
BIOS运行第一个程序：通电自测试程序
BIOS确认所有外部设备：硬盘或扩充卡
BIOS找到磁盘的引导区，将其中的主引导程序bootloader载入内存(主引导程序是一段代码，它可以将OS余下部分装入内存，其中MBR存放了关于操作系统的位值信息)
引导操作系统结束，操作系统接管计算机

CPU负责将指令从内存读入寄存器，所以程序必须在内存中才能运行
内存以字节为存储单位，每个字节都有一个地址与之对应。通过load/store指令即可访问指定地址的内存数据:

load：将内存数据装入寄存器(Register)

store：将寄存器数据写入内存

寄存器、缓存、内存属于易失性存储设备，设备断电后数据就没有了

SSD、磁盘、光盘、磁带属于非易失性设备，只要不损害，数据永久保存

有两个或多个紧密通信的CPU，它们共享计算机总线、时钟、内存和外设等

非对称处理(Asymmetric multiprocessing)：主CPU执行主要任务，从CPU处理细枝末节的任务

对称处理(Symmetric Multiprocessing)：各个CPU相互独立，平等分配任务执行

该系统由若干个节点(node)通过网络连接在一起，每个节点可以为单处理器或多处理器系统，节点之间是松耦合(loosely coupled)关系。

高可用性(high availability)

高性能计算(high-performance computing)

输入500个字符(花费78ms)，经CPU处理52ms后，将结果2000个字符存到磁带上(花费20ms)，重复进行。每个任务串行处理

CPU利用率=52/(78+52+20)≈35%

分时系统

分时系统将CPU的使用时间划分为多个时间片，CPU给程序分配时间片，时间片使用完之后，由被分配了下一个时间片的程序执行

对于用户，操作系统提供了三种类型的用户接口：GUI、command line、batch

系统调用提供了访问和使用操作系统所提供的服务的接口
- 系统调用的是代码是操作系统级的
- 这个接口通常是面向程序员的
API(Application Programming Interface)

指明了参数和返回值的一组函数
- 应用程序APP的开发人员通过API简介访问了系统调用
- Windows API/POSIX API/JAVA API