【愚公系列】软考中级-软件设计师 024-操作系统（操作系统概述）
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🚀前言
操作系统（Operating System，简称OS）是一种软件，用于管理计算机硬件和软件资源，提供给用户和应用程序一个简单、统一的接口，以方便用户和应用程序的操作和管理。
操作系统的背景和由来可以追溯到计算机发展的早期阶段。在 1950 年代，当时的计算机是非常庞大和昂贵的设备，主要用于科学计算和军事应用。为了充分利用这些计算机资源，需要解决如下问题：
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资源管理：计算机设备包括处理器、内存、磁盘、输入输出设备等，如何合理地分配、调度和管理这些资源，以提高计算机系统的利用率和效率。
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多道程序设计：为了充分利用计算机资源，需要让多个程序同时运行。但是，由于计算机资源有限，如何使多个程序同时运行且互不干扰成为了一个挑战。
为了解决上述问题，研究人员开始开发操作系统。20 世纪 50 年代末至 60 年代初，出现了一系列的操作系统，如GM-NAA I/O、FORTRAN Monitor System、IBM OS/360等。这些操作系统主要用于管理计算机硬件资源，提供了一些基本功能如进程管理、存储管理、文件管理等。
随着计算机技术的发展，操作系统变得越来越复杂，功能也越来越强大。现代操作系统不仅提供了更多的功能，如图形用户界面、网络通信、安全管理等，还支持多种硬件平台和应用程序。目前常见的操作系统有Windows、Mac OS、Linux等。
🚀一、操作系统概述
🔎1.操作系统的作用
| 主要作用 | 描述 |
|---|---|
| 资源管理 | 管理和分配计算机硬件资源，如处理器、内存、存储器和设备。 |
| 用户界面 | 提供与计算机系统交互的方式，如命令行界面和图形用户界面。 |
| 文件管理 | 管理计算机系统中的文件，包括创建、读写、复制和删除等操作。 |
| 进程管理 | 管理和调度计算机系统中的进程，实现多任务处理。 |
| 设备驱动程序 | 管理和控制计算机系统中的硬件设备，如打印机和键盘。 |
| 安全和保护 | 提供安全性和保护机制，保护计算机系统和用户的数据。 |
| 网络通信和连接 | 提供网络通信和连接功能，实现与外部网络的交互。 |
| 性能优化和调优 | 优化系统性能，提高计算机系统的响应速度和效率。 |
| 错误处理和故障恢复 | 处理错误和故障情况，保证系统的可靠性和稳定性。 |
🔎2.操作系统的特征
| 特征 | 描述 |
|---|---|
| 并发性 | 操作系统可以同时处理多个任务，使多个程序能够交替执行，提高计算机的效率和响应性 |
| 共享性 | 操作系统可以管理和控制计算机资源的共享，包括内存、处理器、硬盘等，使多个程序能够同时访问和使用这些资源 |
| 虚拟性 | 操作系统通过虚拟化技术，将物理资源抽象成虚拟资源，使多个程序能够共享和利用这些虚拟资源，提高资源的利用率 |
| 不确定性 | 操作系统需要处理各种不确定因素，如不可预测的用户输入、硬件故障、网络中断等，通过错误检测和恢复机制来应对这些不确定性的情况 |
🔎3.操作系统的功能
| 功能 | 描述 |
|---|---|
| 进程管理 | 控制和协调计算机系统中运行的进程，包括进程的创建、调度、同步和通信等。 |
| 存储管理 | 管理计算机系统中的存储器资源，包括内存分配、地址转换和内存保护等。 |
| 文件管理 | 对计算机系统中的文件进行组织、存储和访问，包括文件的创建、读写、删除和控制等。 |
| 设备管理 | 管理计算机系统中的输入/输出设备，包括设备的分配、控制和驱动等。 |
| 作业管理 | 控制和协调计算机系统中的作业，包括作业的调度、提交、分配和监控等。 |
🔎4.操作系统的分类
| 分类 | 描述 |
|---|---|
| 批处理操作系统 | 处理批量作业，按照预定的顺序自动执行作业，并进行作业调度和资源管理。 |
| 分时操作系统 | 多个用户通过共享的终端或网络同时访问计算机系统，系统轮流分配给每个用户一小段时间来使用CPU。 |
| 实时操作系统 | 对要求即时响应的任务有较高的时间要求，能够快速响应外部事件，提供可预测的响应时间。 |
| 网络操作系统 | 提供网络资源共享和管理的操作系统，支持多台计算机互相通信和协作。 |
| 分布式操作系统 | 将多台物理分散的计算机组成一个互相关联的系统，在不同计算机之间进行任务分配、通信和资源共享。 |
| 微机操作系统 | 运行在个人计算机或工作站上的操作系统，例如Windows、macOS、Linux等。 |
| 嵌入式操作系统 | 运行在嵌入式系统中的操作系统，嵌入在各种设备中，如智能手机、汽车电子设备、家庭电器等。 |
🔎5.计算机启动的基本流程为
计算机启动的基本流程为：
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BIOS自检：开机后，计算机首先进行BIOS自检，检查硬件设备是否正常工作。BIOS（Basic Input/Output System）是一段固化在主板ROM芯片上的程序，用于初始化和检测计算机的硬件设备。
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启动引导：BIOS完成自检后，会从预设的启动设备（通常是硬盘）中读取引导扇区（Master Boot Record，MBR）中的引导程序。引导程序会加载操作系统的启动程序。
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操作系统加载：操作系统的启动程序会被引导程序加载到计算机的内存中。启动程序会进一步初始化硬件设备、建立内存空间映射以及其他必要的准备工作。
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用户登录：操作系统加载完成后，会显示用户登录界面。用户输入正确的用户名和密码后，操作系统会验证身份，并加载用户的配置文件和个人设置。
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桌面加载：登录成功后，操作系统会加载桌面环境或图形用户界面（GUI），提供用户操作和程序运行的接口。
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启动应用程序：在桌面加载后，用户可以通过启动菜单、快捷方式或命令行来启动需要的应用程序。操作系统会加载应用程序的相关文件和库文件，并分配系统资源给应用程序运行。
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