操作系统中的一些概念问题

计算机操作系统常用概念~

计算机操作系统：计算机系统的核心与基石

操作系统（英语；Operating System，简称OS）是一管理电脑硬件与软件资源的程序，同时也是计算机系统的内核与基石。操作系统身负诸如管理与配置内存、决定系统资源供需的优先次序、控制输入与输出设备、操作网络与管理文件系统等基本事务。操作系统是管理计算机系统的全部硬件资源包括软件资源及数据资源;控制程序运行;改善人机界面;为其它应用软件提供支持等，使计算机系统所有资源最大限度地发挥作用，为用户提供方便的、有效的、友善的服务界面。操作系统是一个庞大的管理控制程序，大致包括5个方面的管理功能:进程与处理机管理、作业管理、存储管理、设备管理、文件管理。目前微机上常见的操作系统有DOS、OS/2、UNIX、XENIX、LINUX、Windows、Netware等。但所有的操作系统具有并发性、共享性、虚拟性和不确定性四个基本特征。

操作系统的型态非常多样，不同机器安装的OS可从简单到复杂，可从手机的嵌入式系统到超级电脑的大型操作系统。许多操作系统制造者对OS的定义也不大一致，例如有些OS集成了图形化使用者界面，而有些OS仅使用文本接口，而将图形界面视为一种非必要的应用程序。

操作系统理论在计算机科学中为历史悠久而又活跃的分支，而操作系统的设计与实现则是软件工业的基础与内核。

操作系统（英语：Operating System，简称OS）是一管理电脑硬件与电脑软件资源的程序，同时也是计算机系统的核心与基石。操作系统身负诸如管理与配置内存、决定系统资源供需的优先次序、控制输入与输出设备、操作网络与管理文件系统等基本事务。操作系统也提供一个让用户与系统交互的操作接口。

操作系统的型态非常多样，不同机器安装的操作系统可从简单到复杂，可从手机的嵌入式系统到超级电脑的大型操作系统。许多操作系统制造者对它涵盖范畴的定义也不尽一致，例如有些操作系统集成了图形化用户界面，而有些仅使用文字接口，而将图形接口视为一种非必要的应用程序。

操作系统理论在计算机科学中，为历史悠久而又活跃的分支；而操作系统的设计与实现则是软件工业的基础与核心。

现代操作系统通常都有一个使用的绘图设备的图形化用户界面，并附加如鼠标或触控面版等有别于键盘的输入设备。旧的OS或效能导向的服务器通常不会有如此亲切的接口，而是以命令行接口（CLI）加上键盘为输入设备。以上两种接口其实都是所谓的壳，其功能为接受并处理用户的指令（例如按下一按钮，或在命令提示列上键入指令）。

选择要安装的操作系统通常与其硬件架构有很大关系，只有Linux与BSD几乎可在所有硬件架构上运行，而Windows NT仅移植到了DEC Alpha与MIPS Magnum。在1990年代早期，个人电脑的选择就已被局限在Windows家族、类Unix家族以及Linux上，而以Linux及Mac OS X为最主要的另类选择，直至今日。

大型机与嵌入式系统使用很多样化的操作系统。大型主机近期有许多开始支持Java及Linux以便共享其他平台的资源。嵌入式系统近期百家争鸣，从给Sensor Networks用的Berkeley Tiny OS到可以操作Microsoft Office的Windows CE都有。

个人电脑: Apple Macintosh - Mac OS X，Windows（仅Intel平台），Linux、BSD。
IBM兼容PC - Windows、Linux、BSD、Mac OS X（非正式支持）。

大型机: Burroughs MCP-- B5000, IBM OS/360 -- IBM System/360, UNIVAC EXEC 8 -- UNIVAC 1108

嵌入式系统: 嵌入式系统使用非常广泛的操作系统（如VxWorks、eCos、Symbian OS及Palm OS）以及某些功能缩减版本的Linux或者其他操作系统。某些情况下，OS指称的是一个内置了固定应用软件的巨大泛用程序。在许多最简单的嵌入式系统中，所谓的OS就是指其上唯一的应用程序。

类Unix系统: 所谓的类Unix家族指的是一族种类繁多的OS，此族包含了System V、BSD与Linux。由于Unix是The Open Group的注册商标，特指遵守此公司定义的行为的操作系统。而类Unix通常指的是比原先的Unix包含更多特征的OS。

Unix系统可在非常多的处理器架构下运行，在服务器系统上有很高的使用率，例如大专院校或工程应用的工作站。自由软件Unix变种，例如Linux与BSD近来越来越受欢迎，它们也在个人桌面电脑市场上大有斩获，例如Ubuntu系统。

某些Unix变种，例如HP的HP-UX以及IBM的AIX仅设计用于自家的硬件产品上，而SUN的Solaris可安装于自家的硬件或x86电脑上。苹果电脑的Mac OS X是一个从NeXTSTEP、Mach以及FreeBSD共同派生出来的微核心BSD系统，此OS取代了苹果电脑早期非Unix家族的Mac OS。

经历数年的披荆斩棘，自由开源的Unix系统逐渐蚕食以往专利软件的专业领域，例如以往电脑动画运算巨擘——SGI的IRIX系统已被Linux家族及贝尔实验室研发小组设计的九号计划与Inferno系统取代，皆用于分散表达式环境。它们并不像其他Unix系统，而是选择内置图形化用户界面。九号计划原先并不普及，因为它刚推出时并非自由软件。后来改在自由及开源软件许可证Lucent Public License释出后，便开始拥有广大的用户及社区。Inferno已被售予Vita Nuova并以GPL/MIT许可证释出。

当前，计算机按照计算能力排名世界500强中472台使用Linux，6台使用Windows，其余为各类BSD等Unix。

微软Windows: Microsoft Windows系列操作系统是在微软给IBM机器设计的MS-DOS的基础上设计的图形操作系统。现在的Windows系统，如Windows 2000、Windows XP皆是创建于现代的Windows NT核心。NT核心是由OS/2和OpenVMS等系统上借用来的。Windows可以在32位和64位的Intel和AMD的处理器上运行，但是早期的版本也可以在DEC Alpha、MIPS与PowerPC架构上运行。 虽然由于人们对于开放源代码作业系统兴趣的提升，Windows的市场占有率有所下降，但是到2004年为止，Windows操作系统在世界范围内占据了桌面操作系统90%的市场。[3]

Windows系统也被用在低级和中阶服务器上，并且支持网页服务的数据库服务等一些功能。最近微软花费了很大研究与开发的经费用于使Windows拥有能运行企业的大型程序的能力。

苹果Mac OS: Mac OS是一套运行于苹果Macintosh系列电脑上的操作系统。Mac OS是首个在商用领域成功的图形用户界面。

Chrome OS: Google Chrome OS是一项Google的轻型电脑操作系统计划，其基于Google的浏览器Chrome的Linux内核。

进程管理: 不管是常驻程序或者应用程序，他们都以进程为标准运行单位。当年运用冯·诺伊曼结构建造电脑时，每个中央处理器最多只能同时运行一个进程。早期的OS（例如DOS）也不允许任何程序打破这个限制，且DOS同时只有运行一个进程（虽然DOS自己宣称他们拥有终止并等待驻留（TSR）能力，可以部分且艰难地解决这问题）。现代的操作系统，即使只拥有一个CPU，也可以利用多进程（multitask）功能同时运行复数进程。进程管理指的是操作系统调整复数进程的功能。

由于大部分的电脑只包含一颗中央处理器，在单核心（Core）的情况下多进程只是简单迅速地切换各进程，让每个进程都能够运行，在多核心或多处理器的情况下，所有进程通过许多协同技术在各处理器或核心上转换。越多进程同时运行，每个进程能分配到的时间比率就越小。很多OS在遇到此问题时会出现诸如音效断续或鼠标跳格的情况（称做崩溃（Thrashing），一种OS只能不停运行自己的管理程序并耗尽系统资源的状态，其他用户或硬件的程序皆无法运行）。进程管理通常实践了分时的概念，大部分的OS可以利用指定不同的特权等级（priority），为每个进程改变所占的分时比例。特权越高的进程，运行优先级越高，单位时间内占的比例也越高。交互式OS也提供某种程度的回馈机制，让直接与用户交互的进程拥有较高的特权值。

除了进程管理之外，OS尚有担负起进程间通信（IPC）、进程异常终止处理以及死锁（Dead Lock）侦测及处理等较为艰深的问题。

在进程之下尚有运行绪的问题，但是大部分的OS并不会处理运行绪所遭遇的问题，通常OS仅止于提供一组API让用户自行操作或通过虚拟机的管理机制控制运行绪之间的交互。

存储器管理: 根据帕金森定律：“你给程序再多存储器，程序也会想尽办法耗光”，因此程序员通常希望系统给他无限量且无限快的存储器。大部分的现代电脑存储器架构都是层次结构式的，最快且数量最少的暂存器为首，然后是高速缓存、存储器以及最慢的磁盘存储设备。而OS的存储器管理提供查找可用的记忆空间、配置与释放记忆空间以及交换存储器和低速存储设备的内含物……等功能。此类又被称做虚拟内存管理的功能大幅增加每个进程可获得的记忆空间（通常是4GB，既使实际上RAM的数量远少于这数目）。然而这也带来了微幅降低运行效率的缺点，严重时甚至也会导致进程崩溃。

存储器管理的另一个重点活动就是借由CPU的帮助来管理虚拟位置。如果同时有许多进程存储于记忆设备上，操作系统必须防止它们互相干扰对方的存储器内容（除非通过某些协议在可控制的范围下操作，并限制可访问的存储器范围）。分区存储器空间可以达成目标。每个进程只会看到整个存储器空间（从0到存储器空间的最大上限）被配置给它自己（当然，有些位置被OS保留而禁止访问）。CPU事先存了几个表以比对虚拟位置与实际存储器位置，这种方法称为标签页（paging）配置。

借由对每个进程产生分开独立的位置空间，OS也可以轻易地一次释放某进程所占据的所有存储器。如果这个进程不释放存储器，OS可以退出进程并将存储器自动释放。

磁盘与文件系统: 所谓的文件系统，通常指称管理磁盘数据的系统，可将数据以目录或文件的型式存储。每个文件系统都有自己的特殊格式与功能，例如日志管理或不需磁盘重整。

OS拥有许多种内置文件系统。例如Linux拥有非常广泛的内置文件系统，如ext2、ext3、ext4、ReiserFS、Reiser4、GFS、GFS2、OCFS、OCFS2、NILFS与Google文件系统。Linux也支持非本地文件系统，例如XFS、JFS、FAT家族与NTFS。另一方面，Windows能支持的文件系统只有FAT12、FAT16、FAT32与NTFS。NTFS系统是Windows上最可靠与最有效率的文件系统。其他的FAT家族都比NTFS老旧，且对于文件长度与分区磁盘能力都有很大限制，因此造成很多问题。而UNIX的文件系统多半是UFS，而UNIX中的一个分支Solaris最近则开始支持一种新式的ZFS

大部份上述的文件系统都有两种建置方法。系统可以以日志式（Journaling file system）或非日志式建置。日志式文件系统可以以较安全的手法运行系统回复。如果一个没有日志式建置的文件系统遇上突然的系统崩溃，导致数据创建在一半时停顿，则此系统需要特殊的文件系统检查工具才能撤消；日志式则可自动回复。微软的NTFS与Linux的ext3、ext4、reiserFS与JFS都是日志式文件系统。

每个文件系统都实现相似的目录／子目录架构，但在相似之下也有许多不同点。微软使用“\”符号以创建目录／子目录关系，且文件名称忽略其大小写差异；UNIX系统则是以“/”创建目录架构，且文件名称大小写有差异。

网络: 许多现代的OS都具备操作主流网络通信协议TCP/IP的能力。也就是说这样的操作系统可以进入网络世界，并且与其他系统分享诸如文件、打印机与扫描仪等资源。

许多OS也支持多个过去网络启蒙时代的各路网络通信协议，例如IBM创建的SNA、DEC在它所生产的系统所设置的DECnet架构与微软为Windows制作的特殊通信协议。还有许多为了特殊功能而研发的通信协议，例如可以在网络上提供文件访问功能的NFS系统。现今大量用于影音流（Streaming media）及游戏消息传送的UDP协议等。

安全: 大多数OS都含有某种程度的信息安全机制。信息安全机制主要基于两大理念：

OS提供外界直接或间接访问数种资源的管道，例如本地端磁盘驱动器的文件、受保护的特权系统调用（System call）、用户的隐私数据与系统运行的程序所提供的服务。
OS有能力认证（Authorization）资源访问的请求。允许通过认证的请求并拒绝无法通过的非法请求，并将适当的权力授权（Authentication）给此请求。有些系统的认证机制仅简略地把资源分为特权或非特权，且每个请求都有独特的身份辨识号码，例如用户名称。资源请求通常分成两大种类：
内部来源：通常是一个正在运行的程序发出的资源请求。在某些系统上，一个程序一旦可运行就可做任何事情（例如DOS时代的病毒），但通常OS会给程序一个识别代号，并且在此程序发出请求时，检查其代号与所需资源的访问权限关系。
外部来源：从非本地端电脑而来的资源请求，例如远程登录本机电脑或某些网络连接请求（FTP或HTTP）。为了识别这些外部请求，系统也许会对此请求提出认证要求。通常是请求输入用户名称以及相对应的密码。系统有时也会应用诸如磁卡或生物识别数据的它种认证方法。在某些例子，例如网络通信上，通常不需通过认证即可访问资源（例如匿名访问的FTP服务器或P2P服务）。
除了允许／拒绝形式的安全机制，一个高安全等级的系统也会提供记录选项，允许记录各种请求对资源访问的行为（例如“谁曾经读了这个文件？”）。

肇因于军方与商业组织将敏感数据记录在电脑上，安全机制在OS历史上是一个被长久关注与讨论的问题。美国国防部（DoD）便创立了《可信赖之计算机系统评鉴程序》（TCSEC），此手册确立了评鉴安全机制成效的基本原则。这对OS作者来说非常重要，因为TCSEC是用于评鉴、分类与选拔出用于处理、存储与获取敏感或机密数据的电脑系统的标准程序。

内部信息安全: 内部信息安全可视为防止正在运行的程序任意访问系统资源的手段。大多OS让普通程序可直接操作电脑的CPU，所以产生了一些问题，例如怎样把可如OS一样处理事务、运行同样特殊指令的程序强迫停止，毕竟在此情境下，OS也只是另一个平起平坐的程序。为通用OS所生产的CPU通常于硬件层级上实践了一定程度的特殊指令保护概念。通常特权层级较低的程序想要运行某些特殊指令时会被阻断，例如直接访问像是硬盘之类的外部设备。因此，程序必须得经由询问OS，让OS运行特殊指令来访问磁盘。因此OS就有机会检查此程序的识别身份，并依此接受或拒绝它的请求。

在不支持特殊指令架构的硬件上，另一个也是唯一的保护方法，则是OS并不直接利用CPU运行用户的程序，而是借由模拟一个CPU或提供一p-Code系统（伪代码运行机），像是Java一样让程序在虚拟机上运行。

内部安全机制在多用户电脑上特别重要：它允许每个系统用户拥有自己个人的文件与目录，且其他用户不能任意访问或删除。因为任何程序都可能绕过OS的监控，更有可能绕过侧录程序的监控，拥有强制力的内部安全机制在侧录启动时也非常重要。

外部信息安全: 通常一个操作系统会为其他网络上的电脑或用户提供（主持）各种服务。这些服务通常借由端口或OS网络地址后的数字访问点提供。通常此服务包括提供文件共享（NTFS）、打印共享、电子邮件、网页服务与文件传输协议（FTP）。 外部信息安全的最前线，是诸如防火墙等的硬件设备。在OS内部也常设置许多种类的软件防火墙。软件防火墙可设置接受或拒绝在OS上运行的服务与外界的连接。因此任何人都可以安装并运行某些不安全的网络服务，例如Telnet或FTP，并且设置除了某些自用通道之外阻挡其他所有连接，以达成防堵不良连接的机制。

用户界面: 今日大部分的OS都包含图形化用户界面。有几类较旧的OS将图形化用户界面与核心紧密结合，例如最早的Windows与Mac OS实现产品。此种手法可提供较快速的图形回应能力，且实现时不需切割模块因而较为省工，但是会有强烈副作用，例如图形系统崩溃将导致整个系统崩溃，例如死亡蓝屏幕。许多近代的OS已模块化，将图形接口的副系统与核心分开（已知Linux与Mac OS X原先就是如此设计，而某些扩充版本的Windows终于也采用此手法）。

许多OS允许用户安装或创造任何他们喜欢的图形接口[6]。大部分的Unix与Unix派生系统（BSD、Linux与Minix）通常会安装X Window系统配合GNOME或KDE桌面环境。而某些OS就没有这么弹性的图形化用户界面，例如Windows。这类的OS只能通过外加的程序来改变其图形化用户界面，甚或根本只能改变诸如菜单风格或颜色配置等部分[来源请求]。

图形化用户界面与时并进，例如Windows在每次新版本上市时就会将其图形化用户界面改头换面，而Mac OS的GUI也在Mac OS X上市时出现重大转变。

驱动程序: 所谓的驱动程序（Device driver）是指某类设计来与硬件交互的电脑软件。通常是一设计完善的设备交互接口，利用与此硬件连接的电脑汇排流或通信子系统，提供对此设备下令与接收信息的功能；以及最终目的，将消息提供给OS或应用程序。驱动程序是针对特定硬件与特定OS设计的软件，通常以操作系统核心模块、应用软件包或普通电脑程序的形式在OS核心底下运行，以达到通透顺畅地与硬件交互的效果，且提供硬件在处理异步的时间依赖性接口（asynchronous time-dependent hardware interface）时所需的中断处理程序（Interrupt handler）。

设计驱动程序的主要目的在于操作抽象化，任何硬件模块，既使是同一类的设备，在硬件设计面上也有巨大差异。厂商推出的较新模块通常更可靠更有效率，控制方法也会有所不同。电脑与其OS每每不能预期那些现有与新设备的变异之处，因此无法知道其操作方法。为解决此问题OS通常会主动制订每种设备该有的操作方式，而驱动程序功能则是将那些OS制订的行为描述，转译为可让设备了解的自定义操作手法。

理论上适合的驱动程序一旦安装，相对应的新设备就可以无误地运行。此新驱动程序可以让此设备完美地切合在OS中，让用户察觉不到这是OS原本没有的功能。

这么多问题，没分谁理你

老大 回答你的问题我的打半天字 不理你了

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