2.1 认识操作系统

简单来讲，操作系统（Operating System，OS）是用户和计算机进行交互的接口，同时也是计算机硬件和其他软件进行交互的接口。操作系统是管理和控制计算机硬件与软件资源的程序，是直接运行在“裸机”上最基本的系统软件，是对硬件系统的首次扩充，任何其他软件都必须在操作系统的支持下才能运行。

2.1.1 操作系统的目标和作用

不同类型的操作系统，所侧重的目标也略有差异。通常，操作系统的目标有以下几个。

（1）方便性。

（2）有效性。

（3）可扩充性。

（4）开发性。

但是操作系统却有着以下相同的作用。

（1）操作系统作为用户与计算机硬件系统之间的接口。

操作系统位于用户与计算机硬件系统之间，用户都是通过操作系统来使计算机完成相应工作的。简单地说，用户只有在操作系统的帮助下，才可以方便、快捷地操纵计算机硬件并运行自己的程序。

（2）操作系统是计算机系统资源的管理者。

每一个计算机系统基本上都含有各种各样的硬件和软件资源。经过分类归纳，可以将资源分为处理机、存储器、输入输出设备及信息4类，而操作系统的主要功能就是对这4类资源进行有效地分配管理，包括分配和控制处理机、分配和回收内存、分配和操纵输入输出设备及存取和保护文件等。由此可见，操作系统是计算机资源的管理者。

（3）操作系统可以用来做扩充机器，也就是虚拟机。

一台没有任何软件的计算机（即“裸机”），无论配置多优秀，也无法使用。这时就需要在裸机上覆盖层层的管理软件，逐步形成功能强大的虚拟机，进而实现用户对计算机的使用。

2.1.2 操作系统的主要功能

操作系统的主要功能是资源管理、程序控制及人机交互等。操作系统位于用户和底层硬件之间，是两者沟通的桥梁。用户可以通过操作系统的用户界面输入命令，操作系统可以对命令进行解释，驱动硬件设备，从而满足用户的需求。目前，一个计算机的操作系统应具备以下功能。

1. 资源管理

计算机的所有资源都是操作系统根据用户需求按一定的策略来进行分配和调度的。操作系统的资源管理功能包括以下4个方面。

（1）处理机管理。计算机系统中最重要的资源是中央处理机，任何工作都必须在CPU上运行。其中最核心的问题是合理分配CPU的时间。

（2）存储器管理。计算机系统中另一个重要的资源是主存，任何程序的执行都必须从主存中获取数据和信息。

（3）设备管理。操作系统的设备管理主要用来解决设备无关性（即程序要完成某项工作需要使用某项设备时不必指明具体使用哪一个设备，只需指明用哪一类设备就可以）、设备分配和设备的传输控制。

（4）文件管理。文件系统要解决的问题是为用户提供一种简便、统一的存取和管理信息的方法，并且能够解决信息的共享、数据的存取控制和保密等问题。

2. 程序控制

一个用户程序的执行自始至终都是在操作系统的控制下完成的。操作系统控制用户程序的执行时，会调入相应的编译程序，将某种程序设计语言的源代码编译成可执行的目标程序，分配资源后将程序调入内存并启动，按用户指定的要求处理各种事件。

3. 人机交互

人机交互主要是靠输入输出设备和相应的软件来完成的。可供人机交互使用的设备有键盘、鼠标及各种识别设备等，而与这些设备相应的软件就是操作系统提供人机交互功能的部分。人机交互就是控制有关设备的运行和理解来执行人机交互设备传来的各种命令和要求。

2.1.3 操作系统的发展过程

1946年，世界上第一台电子计算机诞生，接下来的每次进步都是以减少成本、缩小体积、降低功耗、增大容量和提高性能为目标，随着计算机硬件的发展，操作系统的形成和发展也随之加速。

1. 早期的操作系统

最原始的计算机没有操作系统，人们只能通过操作各种按钮来控制计算机。后来慢慢地出现了汇编语言，操作人员可以通过有孔的纸带将程序输入计算机进行编译，但是不利于设备和程序的共享。为了解决这种问题，操作系统应运而生，用来实现程序的共享和对计算机硬件资源的管理。

2. DOS和Windows操作系统

操作系统的发展经历了两个重要的阶段。

第一个阶段是单用户、单任务的操作系统，虽然从1981年问世以来，DOS系统在不断地改进和完善，但是DOS系统的单用户、单任务、字符界面等没有变化，所以它对内存的管理也仍然局限在640KB的范围内。

计算机操作系统发展的第二个阶段是多用户、多道作业和分时系统。

Windows是Microsoft公司在1985年11月发布的第一代窗口式多任务操作系统，它使计算机进入了图形用户界面时代。随后，Microsoft公司又陆续推出了Windows系列操作系统，到现在，Windows 10已被广泛使用。