导论(一）

导论目标：

1. 描述计算机系统的基本组成
2. 概述操作系统的主要组件
3. 概述多种类型的计算环境
4. 探讨多个开源的操作系统

1. 操作系统的功能

在一个计算机系统中，其可以大致分为四个组件：硬件、操作系统、应用程序和用户。硬件，如CPU、内存、外存、输入/输出设备等为计算机系统提供基本的计算资源。但是，对于用户而言，直接使用这些硬件资源是非常繁琐而复杂的。因此诸如浏览器、视频播放器、文档查看器等应用程序就为用户提供了方便易用的使用计算机硬件资源的方式手段。对于诸多应用程序而言，它们都需要访问内存、外存，使用CPU计算，使用显示器向用户输出结果，使用键盘鼠标接收用户的输入，这就需用一个协调者负责为它们公平地分配使用的硬件资源、解决冲突等。操作系统就是这样一个软件，它负责管理计算机的硬件资源，为应用程序提供正确的方式以便使用这些资源。

对于不同用途的操作系统，其设计目的也不尽相同。如大型机的操作系统主要用于优化硬件使用率，个人计算机则是为了让个人用户方便使用资源，移动计算机的操作系统为用户提供与计算机进行交互的环境及执行程序等。

为了更全面地理解操作系统的作用，我们从两个视角探讨操作系统：用户视角和系统视角。

1.1 用户视角

用户使用计算机有很多种方式，比如坐在PC前直接使用、通过一个与主机相连的终端使用等。当前，大多数用户直接坐在PC前，PC有显示器、键盘、鼠标等外部设备提供与用户直接进行输入输出交互的方式。对于这类用户而言，他们主要单独使用硬件资源，希望操作系统能优化他们的工作环境。因而这时操作系统的主要设计目的是用户使用方便，次要的是性能，不太关注资源利用率，优化的重点是单个用户的体验而不是多个用户的需求。

对于坐在与计算机相连的终端前的用户而言，多个用户共享资源并且可以交换信息。这种操作系统的设计目标是优化资源使用率，并确保用户没有使用超过限额的资源。

对于使用智能手机或平板电脑的用户而言，他们使用这类移动计算机通过无线技术与网络相连，主要通过触摸屏进行交互，而无需使用键盘和鼠标。

1.2 系统视角

从计算机的视角来看，操作系统是与硬件紧密相连的软件。计算机系统具有很多硬件资源，如：CPU时间、内存空间、文件存储空间、I/O设备等。操作系统管理着这些资源，是一个资源分配器。操作系统面对许多应用程序有冲突的资源请求，应按照一定的方案为各个程序分配资源，以便计算机系统能有效且公平地运行。此外，从控制各种硬件设备和用户程序的需求的角度来看，操作系统是一个控制程序。操作系统管理着用户程序的执行，以防止计算机资源的错误或不当使用。

1.3 操作系统的定义

操作系统没有一个完全准确的定义。一个比较公认的定义是：操作系统是移植运行在计算机上的程序，通常称为内核kernel。除了内核外，还有两类程序：系统程序和应用程序。系统程序是与系统运行有关的程序，但不是内核的一部分；应用程序是与系统运行无关的所有其他程序。