学习操作系统,首先要知道:什么是操作系统?正如本书前面小节所讲,操作系统是管理计算机资源的,是软件与硬件的中间接口。操作系统是最靠近硬件的软件,有没有高性能是由计算机硬件决定的,而能否将高性能发挥出来是由操作系统决定的。从微型机到超级计算机都必须在其硬件平台上加载相应的操作系统之后,才能构成一个可以协调运转的计算机系统。只有在操作系统的指挥控制下,各种计算机资源才能得到合理分配与高效使用;也只有在操作系统的支持下,其他系统软件和各种应用软件才能开发和运行。如果操作系统的功能不强,计算机硬件、其他系统软件和应用软件的功能很难充分体现出来。

操作系统(Operating System,OS)可定义为:有效地组织和管理计算机系统中的硬件和软件资源,合理地组织计算机工作流程,控制程序的执行,提供多种服务功能及友好界面,方便用户使用计算机的系统软件。简单地说就是管理计算机资源控制程序执行,提供多种服务。

操作系统有多种类型,不同类型的操作系统侧重点有所不同,但一般都会具有方便性、有效性、可扩充性、开放性、可靠性和可移植性等特点,其中方便性和有效性是主要考虑的,比如Windows系列操作系统之所以广受欢迎,其中一个重要因素就是其学习和使用的方便性。

(1)方便性

硬件细节是很复杂的,直接使用硬件需要了解所有的细节,对软件开发者而言,这些工作太烦琐。操作系统提供了高阶函数和接口,使软件能方便地使用。同时没有操作系统,就只能通过控制台输入控制命令。对于普通使用者来说是非常痛苦的事情,有了操作系统,特别是像Windows这类功能强大、界面友好的操作系统,用户只需借助键盘和鼠标就可实现很多基本的功能。

(2)有效性

在没有操作系统的计算机系统中,CPU等资源会经常处于空闲状态而得不到充分利用;存储器中存放的数据由于无序而浪费了存储空间。安装了操作系统可使CPU等设备减少等待时间而得到更为有效的利用,并使存储器中存放的数据有序而节省存储空间。此外,操作系统还可以通过合理地组织计算机的工作流程,进一步改善系统的资源利用率及提高系统的输入输出效率。

(3)可扩充性

随着大规模集成电路技术和计算机技术的迅速发展,计算机硬件和体系结构也得到迅速发展,它们对操作系统提出了更高的功能和性能要求。因此,操作系统在软件结构上必须具有很好的可扩充性才能适应发展的要求。在各种操作系统的系列版本中,新版本就是对旧版本的扩充,比如微软的Windows XP,Windows 7,Windows 8,Windows 10多个版本的发展。

(4)开放性

20世纪末出现了各种类型的计算机硬件系统,为了使不同类型的计算机系统能够通过网络加以集成,并能正确、有效地协同工作,实现应用程序的可移植性和互操作性,要求操作系统具有统一的、开放的环境。操作系统的开放性要通过标准化来实现,要遵循国际标准和规范。(www.daowen.com)

(5)可靠性

可靠性包括正确性和健壮性,正确性是指能正确实现各种功能,健壮性是指在硬件发生故障或某种意外的情况下,操作系统应能做出适当的应对处理,而不至于导致整个系统的崩溃。

(6)可移植性

可移植性指把操作系统软件从一个计算机环境迁移到另一个计算机环境并能正常执行的特性。迁移过程中,软件修改越少,可移植性就越好。操作系统的开发是非常复杂的工作,良好的可移植性可方便在不同机型上开发操作系统时,使其与硬件相关的部分相对独立,并位于软件的底层,移植时只需根据变化的硬件环境修改相应部分即可。

(7)兼容性

开发人员希望设计出一套软件能在多个硬件平台来使用,而不是对每一种硬件平台都要有相对应的应用软件版本,或者每当有种新硬件被开发出来,应用软件都要重新设计。操作系统掩盖了不同硬件的细节,提供了对软件的统一接口。所以只要操作系统的接口不变,即使硬件设计改变了,应用软件也可以保持不变。

(8)共享性

每一个软件都是“以自我为中心的”,都要使用CPU、内存、网络等资源。但是资源必定是有限的,一个软件不允许独享所有的资源。操作系统就像一个管理者,可以有效地管理这些资源,使其能被共享。

(9)安全性

用户不希望自己安装的程序在执行时有意或无意地把整个硬盘的内容擦写掉,或者在服务器(或云服务器中心)上,其他用户能看到你的文件。有了操作系统的保护,这些情况就无须担心。