计算机基础知识——操作系统

1. 操作系统出现前

• 人们使用针孔打卡编程，当计算机运行速度呈指数级速度增长，整理程序（纸卡）的时间远大于运行程序（读卡）的时间，耗时耗力，因此人们需要一个程序让计算机自动运行程序。
• 早期计算机的外接设备的配置不同，导致程序员运行程序时还需要了解外接硬件的底层，造成不必要的精力损耗。

2. 操作系统出现（简称OS，operation system）

• 计算机启动后运行的第一个程序
• 可以运行、管理、存储其他程序
• 有操作硬件的特殊权限，并提供API来抽象硬件（即设备驱动程序）

2.1 操作系统的优点

• 批量处理程序的能力
• 多任务处理能力（多个程序共享CPU）
• 动态内存分配
• 内存保护

2.2 多任务处理带来的问题

• 多个程序之间的内存分配问题
• 解决方案：给每个程序分配专属内存块
• 带来的新问题：内存地址不连续，导致程序员难以追踪，如下图所示：

内存地址不连续

2.3 内存地址虚拟化（解决内存地址不连续问题）

虚拟内存地址 → 物理内存地址

在虚拟内存地址和物理内存地址之间建立映射关系，也称动态内存分配。动态内存分配的好处：提供内存保护（程序之间的内存互相独立，互不影响）。

• 操作系统隐藏硬件上不连续的内存地址
• 所有程序使用操作系统提供的虚拟内存（从0开始）

动态内存分配

3.0 Unix操作系统

3.1 Unix的组成：

• 内核，处理核心功能，如多任务、输入输出处理等
• 工具（如程序和运行库）

3.2 特点

• 不做错误恢复处理，直接调用一个panic函数，让内核崩溃。用户只能通过重启来恢复。
• 与其他做错误恢复处理的操作系统所需占用内存相比（1M），Unix只暂用极小内存，适合商业化。