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第1章引论; 1.1操作系统的概念

1.1.1什么是操作系统

1.引子

计算机程序是如何运行的呢？首先，需要先进行编程，而编写程序是需要以计算机程序设计语言作为基础的。对大多数编写程序的人来说，使用的编程语言称为高级程序设计语言，如C、C++、Java等。但由于计算机并不认识用高级语言编写的程序，所以对编写好的程序还需要将它编译成计算机能够识别的机器语言程序，而这需要编译程序或汇编程序的帮助才能完成。其次，编译好的机器语言程序需要加载(调入内存并将程序中的逻辑地址变成可以执行的内存物理;;;我们只是从一个线性角度来看待程序的演变，而没有考虑各种因素之间的穿插和交互过程。事实上，程序可以直接用机器语言或汇编语言这种称为“低级”语言编写。用机器语言编写的程序无需经过编译程序的翻译就可以直接在CPU上运行，而用汇编语言编写的程序则还需经过汇编程序的翻译后才能加载执行。

由图1-1的描述可以看出，程序的运行涉及四个方面：①程序设计语言；②编译程序；③操作系统；④硬件指令系统(计算机硬件系统)。而操作系统在程序的执行过程中具有关键作用。;2.操作系统的定义

计算机系统是由硬件系统和软件系统两大部分组成的，硬件系统是计算机赖以工作的实体，软件系统则保证了计算机系统的硬件部分按用户指定的要求协调地工作。

计算机硬件系统由中央处理器(CentralProcessingUnit，CPU)、内存储器、外存储器和各种输入输出设备组成，它提供了基本的计算机资源。只有硬件的计算机称为裸机。

计算机硬件由软件来控制。按与硬件相关的密切程度，通常将计算机的软件分为系统软件和应用软件两类。用户直接使用的软件通常为应用软件，而应用软件一般需借助系统软件来指挥计算机的硬件完成其功能。;那么，操作系统是什么呢？英文中的OperatingSystem意为掌控局势的一种系统，也就是说，计算机里的一切事情均由OperatingSystem来掌控(管理)。现在面临两个问题：第一个问题是，操作系统到底是什么东西？第二个问题是，操作系统到底操控(管理)什么事情？

由图1-1可以大致得到第一个问题的答案：操作系统是介于计算机硬件和应用软件之间的一个软件系统，即操作系统的下面是硬件平台，而上面则是应用软件，如图1-2所示。;现在分析第二个问题。操作系统掌控的事情当然是计算机上或计算机里发生的一切事情。最早的计算机并没有操作系统，而是直接由人来操控。随着计算机复杂性的增加，人已经不能胜任直接掌控计算机了，于是编写出操作系统这个“软件”来掌控和管理计算机。这个掌控有着多层深远的意义：

(1)由于计算机的功能和复杂性不断趋向更加完善和复杂，操作系统所掌控的事情也就越来越多，越来越复杂，即操作系统必须掌控计算机的所有软硬件资源，并使计算机的工作变得有序。这是早期驱动操作系统不断改善的根本原因。;(2)既然操作系统是专门掌控计算机的，那么计算机上发生的所有事情必须得到操作系统的允许，但由于所设计的操作系统不可能做到尽善尽美，因此就给攻击者造成可乘之机，而操作系统设计人员和攻击者之间的博弈是当前驱动操作系统改善的一个重要动力。

(3)为了更好地掌握计算机上发生的所有事情，同时也为了更好地满足人们对操作系统越来越苛刻的要求，操作系统必须不断地完善自己。;也即，从计算机管理的角度看，操作系统的引入是为了更加充分、更加有效地使用计算机系统资源，也就是合理地组织计算机的工作流程，有效地管理和分配计算机系统的硬件和软件资源，同时注意操作系统自身的安全与完善。从用户使用的角度看，操作系统的引入是为了给用户使用计算机提供一个良好的界面，使之既方便又安全。

因此，操作系统是掌控(管理)计算机上所有事情的系统软件，它需要完成如下功能：

(1)控制和管理计算机系统的所有硬件和软件资源。

(2)合理地组织计算机的工作流程，保证计算机资源的公平竞争和使用。;(3)方便用户使用计算机。

(4)防止对计算机资源的非法侵占和使用。

(5)保证操作系统自身的正常运转。

长期以来，(1)～(3)项一直是操作系统定义的内容，但随着恶意攻击计算机系统的事件和计算机病毒出现的越来越多，操作系统自身的安全越来越受到人们的重视。所以，现在的操作系统的定义又增加了(4)和(5)两项。;任何计算机，只有在安装了相应的操作系统后才构成一台可以使用的计算机系统。只有安装了操作系统，用户才能方便地使用计算机，计算机的各种资源才能分配给用户使用。只有在操作系统的支撑下，其他软件(如编译程序、数据库程序和网络程序等)才能因获得运行条件而执行。操作系统性能的高低直接决定着计算机整体硬件性能能否充分发挥。操作系统本