初識操作系統與計算機系統

操作系統與計算機系統

眾所周知，現代計算機系統是由硬件和軟件兩個部分組成的，是硬件和軟件相互交織形成的集合體，構成了一個解決計算機問題的工具。硬件是軟件運行的基礎，軟件能充分發揮硬件潛能并擴充軟件功能，完成我們指定的各種應用任務，兩者相互促進，相輔相成，缺一不可。一個簡單的計算機系統如我下面畫的草圖所示

硬件層提供基本的物質基礎，例如計算資源，包括處理器、寄存器、內存、外存級各種I/O設備，這些硬件組成的設備，也就是我們常說的裸機。硬件按照我們的需求給出的指令進行信息處理、計算數據、返回運算結果等，是OS發揮性能的基礎。

軟件由程序、數據及文檔組成，軟件可分類為系統軟件、支撐軟件和應用軟件。

操作系統層是最靠近硬件的一層軟件，它一方面直接和硬件交互，在裸機上運行，把硬件的復雜性封裝起來，主要做好資源的調度與分配、信息的存取與保護、并發活動的協調與控制等工作。另一方面和上層的支撐軟件和應用軟件交互，把它們與計算機硬件隔離起來，為我們程序員提供方便的接口、有力的功能支撐、良好的運行環境，使得計算機系統成為完整、可用和高效的計算平臺。

支撐軟件層的工作基礎建立在被操作系統擴充功能的機器上,利用操作系統所提供的擴展指令集,可以較容易地實現編譯程序、匯編程序、語言處理程序、窗口系統、數據庫管理系統和其他實用程序,支持應用軟件的開發和運行。支撐軟件中的一部分通常可歸入系統軟件一類,但它并不屬于操作系統的組成部分。

應用軟件層解決用戶特定的或不同應用所需要的信息處理問題,任何計算機系統的價值都要通過應用軟件的價值來評定和體現。用戶所看到的是應用軟件,其他軟硬件只是應用軟件運行的支撐部分。應用程序開發者借助于程序設計語言來表達應用問題,既快捷又方便;應用程序則在操作系統控制下,在計算機系統中得以正確運行。

操作系統與支撐軟件、應用軟件之間的主要區別為:雖然它們都是軟件,但操作系統有權分配資源,而支撐軟件及應用軟件只能通過操作系統使用資源,兩者之間是控制

與被控制的關系;操作系統直接作用于硬件之上,隔離其他上層軟件,并為其提供接口和服務。因此操作系統是軟件系統的核心,是各種軟件的基礎運行平臺。通用操作系

統對共性功能提供支持,與硬件相關但同應用領域無關,所以它可以支持各種各樣的應用。操作系統實現資源管理機制,允許應用程序提供資源管理策略計算機發展到今天,從微型機到巨型機,無一例外都配置一種或多種操作系統。

操作系統已經成為現代計算機系統不可分割的重要組成部分,為人們建立各種各樣的應用環境奠定了基礎。計算機上配置操作系統的主要目標可歸結為:方便用戶使用、擴充機器功能、管理各類資源、提高系統效率和構筑開放環境需要注意的是,在傳統計算機系統中,操作系統是指運行在內核態（又稱管態）的受硬件保護的軟件,用不能隨意去篡改它的內容;而在用戶態（又稱目態或普通態）運行的shell、Windows等軟件或實現修改密碼的特權程序,用戶卻可以隨意更新或替換,雖然它們為系統服務或能夠實現系統特權功能,但并不是操作系統的組成部分。隨著客戶一服務器結構操作系統的出現,傳統上被認為是操作系統核心的組件,如文件系統、存儲管理設備管理簽都可以被移至用戶空間行,在這類系統中就很難劃分明顯界限,在內核態所運行的代碼都屬于操作系統,而在用戶態實現操作系統關鍵功能的代碼也應該看做操作系統的一部分,至少同操作系統密切相關。甚至在有些系統中,如一些嵌入式操作系統中,根本就不區分內核態和用戶態。

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