初识操作系统与计算机系统

操作系统与计算机系统

众所周知，现代计算机系统是由硬件和软件两个部分组成的，是硬件和软件相互交织形成的集合体，构成了一个解决计算机问题的工具。硬件是软件运行的基础，软件能充分发挥硬件潜能并扩充软件功能，完成我们指定的各种应用任务，两者相互促进，相辅相成，缺一不可。一个简单的计算机系统如我下面画的草图所示

硬件层提供基本的物质基础，例如计算资源，包括处理器、寄存器、内存、外存级各种I/O设备，这些硬件组成的设备，也就是我们常说的裸机。硬件按照我们的需求给出的指令进行信息处理、计算数据、返回运算结果等，是OS发挥性能的基础。

软件由程序、数据及文档组成，软件可分类为系统软件、支撑软件和应用软件。

操作系统层是最靠近硬件的一层软件，它一方面直接和硬件交互，在裸机上运行，把硬件的复杂性封装起来，主要做好资源的调度与分配、信息的存取与保护、并发活动的协调与控制等工作。另一方面和上层的支撑软件和应用软件交互，把它们与计算机硬件隔离起来，为我们程序员提供方便的接口、有力的功能支撑、良好的运行环境，使得计算机系统成为完整、可用和高效的计算平台。

支撑软件层的工作基础建立在被操作系统扩充功能的机器上,利用操作系统所提供的扩展指令集,可以较容易地实现编译程序、汇编程序、语言处理程序、窗口系统、数据库管理系统和其他实用程序,支持应用软件的开发和运行。支撑软件中的一部分通常可归入系统软件一类,但它并不属于操作系统的组成部分。

应用软件层解决用户特定的或不同应用所需要的信息处理问题,任何计算机系统的价值都要通过应用软件的价值来评定和体现。用户所看到的是应用软件,其他软硬件只是应用软件运行的支撑部分。应用程序开发者借助于程序设计语言来表达应用问题,既快捷又方便;应用程序则在操作系统控制下,在计算机系统中得以正确运行。

操作系统与支撑软件、应用软件之间的主要区别为:虽然它们都是软件,但操作系统有权分配资源,而支撑软件及应用软件只能通过操作系统使用资源,两者之间是控制
与被控制的关系;操作系统直接作用于硬件之上,隔离其他上层软件,并为其提供接口和服务。因此操作系统是软件系统的核心,是各种软件的基础运行平台。通用操作系
统对共性功能提供支持,与硬件相关但同应用领域无关,所以它可以支持各种各样的应用。操作系统实现资源管理机制,允许应用程序提供资源管理策略计算机发展到今天,从微型机到巨型机,无一例外都配置一种或多种操作系统。

操作系统已经成为现代计算机系统不可分割的重要组成部分,为人们建立各种各样的应用环境奠定了基础。计算机上配置操作系统的主要目标可归结为:方便用户使用、扩充机器功能、管理各类资源、提高系统效率和构筑开放环境需要注意的是,在传统计算机系统中,操作系统是指运行在内核态（又称管态）的受硬件保护的软件,用不能随意去篡改它的内容;而在用户态（又称目态或普通态）运行的shell、Windows等软件或实现修改密码的特权程序,用户却可以随意更新或替换,虽然它们为系统服务或能够实现系统特权功能,但并不是操作系统的组成部分。随着客户一服务器结构操作系统的出现,传统上被认为是操作系统核心的组件,如文件系统、存储管理设备管理签都可以被移至用户空间行,在这类系统中就很难划分明显界限,在内核态所运行的代码都属于操作系统,而在用户态实现操作系统关键功能的代码也应该看做操作系统的一部分,至少同操作系统密切相关。甚至在有些系统中,如一些嵌入式操作系统中,根本就不区分内核态和用户态。