1.1 概述
计算机由硬件和软件组成
当计算机拥有了操作系统，就相当于拥有了灵魂，操作系统可以：
• 调度 CPU 进行工作
• 调度内存进行工作
• 调度硬盘进行数据存储
• 调度网卡进行网络通讯
• 调度音响发出声音
• 调度打印机打印内容
• ......
常见的操作系统有哪些？
PC 端： Windows 、 Linux 、 MacOS
移动端： Android 、 IOS 、鸿蒙系统
1.2 操作系统的功能和定义
操作系统的功能
操作系统的功能包括进程管理、内存管理、设备管理、文件管理。其中进程管理和内存管理是一个操作系统的必备功能。
进程管理功能
进程控制：创建，暂停，唤醒，撤销
进程调度：调度策略，优先级
进程通信：进程间通信
内存管理功能
内存分配
内存共享
内存保护
虚拟内存
设备管理功能
设备的分配和调度
设备无关性
设备传输控制
设备驱动
文件管理功能
存储空间管理
文件的操作
目录的操作
文件和目录的存取权限管理
操作系统的定义
操作系统是一个大型系统程序，提供用户接口，方便用户控制计算机。
负责为应用程序分配和调度软硬件资源，并控制与协调应用程序并发活动，帮助用户存取和保护信息。
1.3 操作系统的发展历史
用户需求提升和硬件技术进步是操作系统发展的两大动力！
计算机硬件发展的四个典型阶段
电子管时代 （1946-1955）
晶体管时代 （1955-1965）
集成电路时代 （1965-1980）
大规模集成电路时代 （1980-至今）
计算机硬件的发展经历了如上的四个阶段，在此期间计算机硬件的速度，容量，稳定性，可靠性都得到逐步提高。很多领域都要求有更加高速的计算能力和响应能力，如信息服务，基因信息，气象预报，深度学习，生物物理，石油勘探，数学，船舶制造。
操作系统发展的四个典型阶段
手工操作（无操作系统） 50年代早期
单道批处理系统 50年代
多道批处理系统 60年代初
分时系统 60年代中
手工操作（无操作系统）
硬件：电子管，接线面板（按钮/开关）
程序：二进制程序，打孔（纸带和卡片）
使用特点：程序准备/启动/结束：手工处理，繁琐耗时
缺点：cpu有效运行时间极低；用户独占；缺少独占
单道批处理系统
工作特点
管理员事先将多个作业输入到磁盘形成作业队列；
操作系统依次自动处理队列中的每个作业，装入-运行-撤出…
程序的装入和撤出：自动完成，效率高
运行完成，通知用户取结果
优势
批量：作业队列
自动：识别作业，装入和撤出
单道：依次，串行
产生背景
晶体管时代：1955年，IBM推出第一台晶体管计算机，典型机型7094。
单道批处理系统CPU的利用情况如下，外设与CPU交替空闲和忙碌，CPU和外设利用效率低。
多道批处理系统
定义
在内存中存放多道程序，当某道程序因为某种原因（例行I/O操作时）不能继续运行而放弃CPU时，操作系统便调度另一程序投入运行。这样可以使CPU尽量忙碌，提高系统效率。
优势
提高系统CPU利用率和提供系统吞吐量。
多道批处理系统的特点
多道
内存同时存放多道程序；
并行
宏观上，多个程序都在向前推进；
串行
微观上，某个时刻CPU最多只能运行一个程序。
缺点
作业处理时间变长；
交互能力差，运行中用户不能交互；
运行过程不确定，一个程序外设结束后不能立即返回CPU操作。
1.4 分时技术与分时操作系统
60年代硬件的两个重大进展是中断技术和通道技术。
中断技术：CPU收到外部信号（中断信号）后，停止当前工作，转去处理该外部事件，处理完毕后回到原来工作的中断处（断点）继续原来的工作。
通道技术：专门处理外设与内存之间的数据传输的处理机。
UNIX系统
Unix系统是第一个实用化的分时操作系统。特点如下：
1，第一个真正体现操作系统领域各种先进概念和技术的操作系统
2，革新和创造
1.5 典型操作系统类型
操作系统的进一步发展（分时系统的衍化）包含如下几种。
微机操作系统
多处理机操作系统
网络操作系统
实时操作系统
嵌入式操作系统
微机操作系统
背景：随着大规模集成电路的发展，进入个人计算机时代。1973年出现CP/M操作系统： Control Program/Microprocessor。
特点：良好的层次结构：BIOS把操作系统和硬件分隔；易学易用
适合学习的小型开源操作系统
Minix OS: MINIX =Mini UNIX；微内核架构；类Unix操作系统
官网：www.minix3.org/
推荐学习的大型开源操作系统
Linux,1994年3月，Lunux1.0版正式发布，最新源代码网址：www.kernel.org
