大家好,又见面了,我是你们的朋友全栈君。
用来操作硬件,了解每一个硬件的作用并熟知其物理特性及使用方法(这是一个极其繁琐、庞大的工作)。
桌面很占用系统资源
一般而言,现代计算机系统是一个复杂的系统。如果每位应用程序员都必须掌握该系统所有的细节,那就不可能再编写代码了(严重影响了程序员的开发效率:全部掌握这些细节可能需要一万年….),并且管理这些部件并加以优化使用,是一件极富挑战性的工作,于是,计算机安装了一层软件(系统软件),称为操作系统。它的任务就是为用户程序提供一个更好、更简单、更清晰的计算机模型,并管理所有设备。 总结:程序员无法把所有的硬件操作细节都了解到,管理这些硬件并且加以优化使用是非常繁琐的工作,这个繁琐的工作就是操作系统来干的,有了他,程序员就从这些繁琐的工作中解脱了出来,只需要考虑自己的应用软件的编写就可以了,应用软件直接使用操作系统提供的功能来间接使用硬件。
操作系统(Operating System,简称OS)是管理和控制计算机硬件与软件资源的计算机程序,是直接运行在“裸机”上的最基本的系统软件,任何其他软件都必须在操作系统的支持下才能运行。 精简的说的话,操作系统就是一个协调、管理和控制计算机硬件资源和软件资源的控制程序。
操作系统位于计算机硬件与应用软件之间,本质也是一个软件。操作系统由操作系统的内核(运行于内核态,管理硬件资源)以及系统调用(运行于用户态,为应用程序员写的应用程序提供系统调用接口)两部分组成,所以,单纯的说操作系统是运行于内核态的,是不准确的。
为应用程序员提供调用硬件资源的更好,更简单,更清晰的模型(系统调用接口)。应用程序员有了这些接口后,就不用再考虑操作硬件的细节,专心开发自己的应用程序即可。 比如,磁盘资源的抽象是文件系统(C盘,D盘,E盘…下的目录及文件),有了文件的概念,我们直接打开文件,读或者写就可以了,无需关心记录是否应该使用修正的调频记录方式,以及当前电机的状态等细节。文件、文件夹都只是逻辑意义存在的,不存在实体。文件本质上是操作系统封装好的对硬盘的操作。 需要指出的是,操作系统的实际客户是应用程序(应用程序员负责开发应用程序,因而也可以说应用程序员是操作系统的客户)。应用程序直接与操作系统及其抽象打交道。而最终,用户则是与应用程序(即用户接口)打交道,或者是命令行shell或者是图形界面(比如桌面),它们都只是运行于操作系统之上的应用软件,并不属于操作系统。
例如:很多应用软件其实是共享一套计算机硬件,比方说有可能有三个应用程序同时需要申请打印机来输出内容,那么a程序竞争到了打印机资源就打印,然后可能是b竞争到打印机资源,也可能是c,这就导致了无序,打印机可能打印一段a的内容然后又去打印c…,操作系统的一个功能就是将这种无序变得有序。
你不想用暴风影音了你可以选择用迅雷播放器或者干脆自己写一个,但是你无法写一个属于操作系统一部分的程序(时钟中断处理程序),操作系统由硬件保护,不能被用户修改。
操作系统与用户程序的差异并不在于二者所处的地位。特别地,操作系统是一个大型、复杂、长寿的软件,
第一代计算机的产生背景: 第一代之前人类是想用机械取代人力,第一代计算机的产生是计算机由机械时代进入电子时代的标志,从Babbage失败之后一直到第二次世界大战,数字计算机的建造几乎没有什么进展,第二次世界大战刺激了有关计算机研究的爆炸性进展。 lowa州立大学的john Atanasoff教授和他的学生Clifford Berry建造了据认为是第一台可工作的数字计算机。该机器使用300个真空管。大约在同时,Konrad Zuse在柏林用继电器构建了Z3计算机,英格兰布莱切利园的一个小组在1944年构建了Colossus,Howard Aiken在哈佛大学建造了Mark 1,宾夕法尼亚大学的William Mauchley和他的学生J.Presper Eckert建造了ENIAC。这些机器有的是二进制的,有的使用真空管,有的是可编程的,但都非常原始,设置需要花费数秒钟时间才能完成最简单的运算。
没有操作系统的概念 所有的程序设计都是直接操控硬件
程序员在墙上的机时表预约一段时间,然后程序员拿着他的插件版到机房里,将自己的插件板街道计算机里,这几个小时内他独享整个计算机资源,后面的一批人都得等着(两万多个真空管经常会有被烧坏的情况出现)。后来出现了穿孔卡片,可以将程序写在卡片上,然后读入机而不用插件板
程序员在申请的时间段内独享整个资源,可以即时地调试自己的程序(有bug可以立刻处理)
浪费计算机资源,一个时间段内只有一个人用。
同一时刻只有一个程序在内存中,被cpu调用执行,比方说10个程序的执行,是串行的
第二代计算机的产生背景: 由于当时的计算机非常昂贵,便会想办法减少机时的浪费。通常采用的方法就是批处理系统。
设计人员、生产人员、操作人员、程序人员和维护人员直接有了明确的分工,计算机被锁在专用空调房间中,由专业操作人员运行,这便是‘大型机’。有了操作系统的概念;有了程序设计语言:FORTRAN语言或汇编语言,写到纸上,然后穿孔打成卡片,再讲卡片盒带到输入室,交给操作员,然后喝着咖啡等待输出接口。
第三代计算机的产生背景: 20世纪60年代初期,大多数计算机厂商都有两条完全不兼容的生产线。一条是面向字的:大型的科学计算机,如IBM 7094,见上图,主要用于科学计算和工程计算。另外一条是面向字符的:商用计算机,如IBM 1401,见上图,主要用于银行和保险公司从事磁带归档和打印服务。开发和维护完全不同的产品是昂贵的,不同的用户对计算机的用途也不相同。
IBM公司试图通过引入system/360系列来同时满足科学计算和商业计算,360系列低档机与1401相当,高档机比7094功能强很多,不同的性能卖不同的价格。360是第一个采用了(小规模)芯片(集成电路)的主流机型,与采用晶体管的第二代计算机相比,性价比有了很大的提高。这些计算机的后代仍在大型的计算机中心里使用,此乃现在服务器的前身,这些服务器每秒处理不小于千次的请求。
多道技术产生的技术背景:cpu在执行一个任务的过程中,若需要操作硬盘,则发送操作硬盘的指令,指令一旦发出,硬盘上的机械手臂滑动读取数据到内存中,这一段时间,cpu需要等待,时间可能很短,但对于cpu来说已经很长很长,长到可以让cpu做很多其他的任务,如果我们让cpu在这段时间内切换到去做其他的任务,这样cpu不就充分利用了吗。
内存支持多个程序 CPU在多个程序之间来回切换 切换条件:单个程序运行时间过长 遇到程序需求I/O操作(I/O阻塞)
首先丧失的是安全性,比如你的qq程序可以访问操作系统的内存,这意味着你的qq可以拿到操作系统的所有权限。 其次丧失的是稳定性,某个程序崩溃时有可能把别的程序的内存也给回收了,比方说把操作系统的内存给回收了,则操作系统崩溃。
第三代计算机的操作系统仍然是批处理。同时许多程序员怀念第一代独享的计算机,可以即时调试自己的程序。为了满足程序员们很快可以得到响应,出现了分时操作系统
20个客户端同时加载到内存,有17在思考,3个在运行,cpu就采用多道的方式处理内存中的这3个程序,由于客户提交的一般都是简短的指令而且很少有耗时长的,索引计算机能够为许多用户提供快速的交互式服务,所有的用户都以为自己独享了计算机资源
CTTS:麻省理工(MIT)在一台改装过的7094机上开发成功的,CTSS兼容分时系统,第三代计算机广泛采用了必须的保护硬件(程序之间的内存彼此隔离)之后,分时系统才开始流行
MIT,贝尔实验室和通用电气在CTTS成功研制后决定开发能够同时支持上百终端的MULTICS(其设计者着眼于建造满足波士顿地区所有用户计算需求的一台机器),很明显真是要上天啊,最后摔死了。
后来一位参加过MULTICS研制的贝尔实验室计算机科学家Ken Thompson开发了一个简易的,单用户版本的MULTICS,这就是后来的UNIX系统。基于它衍生了很多其他的Unix版本,为了使程序能在任何版本的unix上运行,IEEE提出了一个unix标准,即posix(可移植的操作系统接口Portable Operating System Interface)
后来,在1987年,出现了一个UNIX的小型克隆,即minix,用于教学使用。芬兰学生Linus Torvalds基于它编写了Linux
略
作用一:为应用程序提供如何使用硬件资源的抽象 作用二:把多个程序对硬件的竞争变得有序化(管理应用)(汇编程序写的代码控制)
多道指的是多个程序,多道技术是为了解决多个程序对共享资源的有效调度,采用多路复用实现,多路复用分为空间上的复用:即对内存实现物理级别的分割,每一块内存存放一个程序;时间上的复用:CPU在不同程序之间切换,切换条件有两个,一个是当单个应用程序占用CPU时间过长,二是遇到程序I/O阻塞
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