顾名思义,进程即正在执行的一个过程,进程是对正在运行程序的一个抽象。
进程的概念起源于操作系统,是操作系统最核心的概念,也是操作系统提供的最古老的也是最重要的抽象概念之一,操作系统的其他内容都是围绕着进程的概念展开的。
所以要想真正的了解进程,必须先了解操作系统。
现代的计算机系统主要是由一个或者多个处理器,主存,硬盘,键盘,鼠标,显示器,打印机,网络接口及其他输入输出设备组成。
一般而言,现代计算机系统是一个复杂的系统。
总结:
程序员无法把所有的硬件操作细节都了解到,管理这些硬件并且加以优化使用是非常繁琐的工作,这个繁琐的工作就是操作系统来干的,有了他,程序员就从这些繁琐的工作中解脱了出来,只需要考虑自己的应用软件的编写就可以了,应用软件直接使用操作系统提供的功能来间接使用硬件。
精简的说的话,操作系统就是一个协调、管理和控制计算机硬件资源和软件资源的控制程序。操作系统所处的位置如图1
细说的话,操作系统应该分成两部分功能:
一:隐藏了丑陋的硬件调用接口,为应用程序员提供调用硬件资源的更好,更简单,更清晰的模型(系统调用接口)。应用程序员有了这些接口后,就不用再考虑操作硬件的细节,专心开发自己的应用程序即可。
例如:操作系统提供了文件这个抽象概念,对文件的操作就是对磁盘的操作,有了文件我们无需再去考虑关于磁盘的读写控制(比如控制磁盘转动,移动磁头读写数据等细节),
二:将应用程序对硬件资源的竞态请求变得有序化
例如:很多应用软件其实是共享一套计算机硬件,比方说有可能有三个应用程序同时需要申请打印机来输出内容,那么a程序竞争到了打印机资源就打印,然后可能是b竞争到打印机资源,也可能是c,这就导致了无序,打印机可能打印一段a的内容然后又去打印c...,操作系统的一个功能就是将这种无序变得有序。
作用一:为应用程序提供如何使用硬件资源的抽象
例如:操作系统提供了文件这个抽象概念,对文件的操作就是对磁盘的操作,有了文件我们无需再去考虑关于磁盘的读写控制
注意:
作用二:管理硬件资源
现代的操作系统运行同时运行多道程序,操作系统的任务是在相互竞争的程序之间有序地控制对处理器、存储器以及其他I/O接口设备的分配。
例如:
详解
1.主要区别是:你不想用暴风影音了你可以选择用迅雷播放器或者干脆自己写一个,但是你无法写一个属于操作系统一部分的程序(时钟中断处理程序),操作系统由硬件保护,不能被用户修改。
2.操作系统与用户程序的差异并不在于二者所处的地位。特别地,操作系统是一个大型、复杂、长寿的软件,
- 大型:linux或windows的源代码有五百万行数量级。按照每页50行共1000行的书来算,五百万行要有100卷,要用一整个书架子来摆置,这还仅仅是内核部分。用户程序,如GUI,库以及基本应用软件(如windows Explorer等),很容易就能达到这个数量的10倍或者20倍之多。
- 长寿:操作系统很难编写,如此大的代码量,一旦完成,操作系统所有者便不会轻易扔掉,再写一个。而是在原有的基础上进行改进。(基本上可以把windows95/98/Me看出一个操作系统,而windows NT/2000/XP/Vista则是两位一个操作系统,对于用户来说它们十分相似。还有UNIX以及它的变体和克隆版本也演化了多年,如System V版,Solaris以及FreeBSD等都是Unix的原始版,不过尽管linux非常依照UNIX模式而仿制,并且与UNIX高度兼容,但是linux具有全新的代码基础)
第一代计算机的产生背景:
第一代之前人类是想用机械取代人力,第一代计算机的产生是计算机由机械时代进入电子时代的标志,从Babbage失败之后一直到第二次世界大战,数字计算机的建造几乎没有什么进展,第二次世界大战刺激了有关计算机研究的爆炸性进展。
lowa州立大学的john Atanasoff教授和他的学生Clifford Berry建造了据认为是第一台可工作的数字计算机。该机器使用300个真空管。大约在同时,Konrad Zuse在柏林用继电器构建了Z3计算机,英格兰布莱切利园的一个小组在1944年构建了Colossus,Howard Aiken在哈佛大学建造了Mark 1,宾夕法尼亚大学的William Mauchley和他的学生J.Presper Eckert建造了ENIAC。这些机器有的是二进制的,有的使用真空管,有的是可编程的,但都非常原始,设置需要花费数秒钟时间才能完成最简单的运算。
在这个时期,同一个小组里的工程师们,设计、建造、编程、操作及维护同一台机器,所有的程序设计是用纯粹的机器语言编写的,甚至更糟糕,需要通过成千上万根电缆接到插件板上连成电路来控制机器的基本功能。没有程序设计语言(汇编也没有),操作系统则是从来都没听说过。使用机器的过程更加原始,详见下‘工作过程’
特点:
工作过程:
程序员在墙上的机时表预约一段时间,然后程序员拿着他的插件版到机房里,将自己的插件板街道计算机里,这几个小时内他独享整个计算机资源,后面的一批人都得等着(两万多个真空管经常会有被烧坏的情况出现)。
后来出现了穿孔卡片,可以将程序写在卡片上,然后读入机而不用插件板
优点:
缺点:
第二代计算机的产生背景:
由于当时的计算机非常昂贵,自认很自然的想办法较少机时的浪费。通常采用的方法就是批处理系统。
特点:
设计人员、生产人员、操作人员、程序人员和维护人员直接有了明确的分工,计算机被锁在专用空调房间中,由专业操作人员运行,这便是‘大型机’。
有了操作系统的概念有了程序设计语言:FORTRAN语言或汇编语言,写到纸上,然后穿孔打成卡片,再讲卡片盒带到输入室,交给操作员,然后喝着咖啡等待输出接口
工作过程:插图
第二代如何解决第一代的问题/缺点:
优点:
缺点:
第三代计算机的产生背景:
如何解决第二代计算机的问题1:
如何解决第二代计算机的问题2:
多道技术中的多道指的是多个程序,多道技术的实现是为了解决多个程序竞争或者说共享同一个资源(比如cpu)的有序调度问题,解决方式即多路复用,多路复用分为时间上的复用和空间上的复用。
1,空间上的复用:将内存分为几部分,每个部分放入一个程序,这样,同一时间内存中就有了多道程序。
2,时间上的复用:当一个程序在等待I/O时,另一个程序可以使用cpu,如果内存中可以同时存放足够多的作业,则cpu的利用率可以接近100%,类似于我们小学数学所学的统筹方法。(操作系统采用了多道技术后,可以控制进程的切换,或者说进程之间去争抢cpu的执行权限。这种切换不仅会在一个进程遇到io时进行,一个进程占用cpu时间过长也会切换,或者说被操作系统夺走cpu的执行权限)
现代计算机或者网络都是多用户的,多个用户不仅共享硬件,而且共享文件,数据库等信息,共享意味着冲突和无序。
操作系统主要使用来干什么?
我们可将上述操作系统的功能总结为:处理来自多个程序发起的多个(多个即多路)共享(共享即复用)资源的请求,简称多路复用
多路复用有两种实现方式
1.时间上的复用
2.空间上的复用
有关空间复用的其他资源还有磁盘,在许多系统中,一个磁盘同时为许多用户保存文件。分配磁盘空间并且记录谁正在使用哪个磁盘块是操作系统资源管理的典型任务。这两种方式合起来便是多道技术详解
空间上的复用最大的问题是:
第三代计算机的操作系统仍然是批处理
如何解决第二代计算机的问题3:
操作系统的目标:方便性,有效性,可扩充性,开放性
操作系统是配置在计算机硬件上的第一层软件,是对硬件系统的首次扩充,它的主要作用是管理好这些设备,提高它们的利用率和系统的吞吐率,并为用户和应用程序提供一个简单的接口,便于用户使用,也可以理解为操作系统是一个应用软件运行的平台,也是用户使用应用软件的一个工具。
也可以说是 合理地组织计算机的工作流程,直接控制和管理计算机硬件和软件资源
1.方便性
如果在计算机硬件上配置了OS,系统便可以使用编译命令将用户采用高级语言编写的程序翻译成机器代码,或者直接通过OS所提供的各种命令操作计算机系统,这样就极大地方便了用户,其中计算机系统包括硬件和软件。
2.有效性
第一是提高系统资源的利用率,避免处理机,I/O设备经常处于空闲状态,各种资源无法得到充分的利用,第二是提高系统的吞吐率,OS可以通过合理地组织计算机的工作流程,加速程序的运行,缩短程序的运行周期,从而提高系统的吞吐量。
系统的吞吐量可以理解为系统运行的程序的数量。
3.可扩充性
可以在原来的基础上很容易地修改,增加功能,以适应计算机硬件,体系结构,计算机应用发展的要求。而今年来使用的微内核结构能方便地添加新的功能和模块,以及对原有的功能和模块进行修改,具有良好的可扩充性。
4.开放性
开放性也可以说是兼容性,软硬件要具有良好的兼容性,即要遵循一个具体的标准。
所谓开放性,是指系统能遵循世界标准规范,特别是遵循开放系统互联OSI国际标准。
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。Macintosh组包括比尔·阿特金森(Bill Atkinson)、杰夫·拉斯金(Jef Raskin)和安迪·赫茨菲尔德(Andy Hertzfeld)。Mac OS X 于 2001年 首次在商场上推出。它包含两个主要的部分:Darwin,是以 BSD 原始代码和 Mach 微核心 为基础,类似 Unix 的开放原始码环境。
Windows是由微软公司成功开发的操作系统.Windows是一个多任务的操作系统,他采用图形窗口界面,用户对计算机的各种复杂操作只需通过点击鼠标就可以实现。
iOS操作系统是由苹果公司开发的手持设备操作系统。iOS与苹果的Mac OS X操作系统一样,它也是以Darwin为基础的,因此同样属于类Unix的商业操作系统。原本这个系统名为iPhone OS,直到2010年6月7日WWDC大会上宣布改名为iOS。截止至2011年11月,根据Canalys的数据显示,iOS已经占据了全球智能手机系统市场份额的30%,在美国的市场占有率为43%
Chrome OS是由谷歌开发的一款基于Linux的操作系统,发展出与互联网紧密结合的云操作系统,工作时运行Web应用程序。谷歌在2009年7月7日发布该操作系统,并在2009年11月19日以Chromium OS之名推出相应的开源项目,并将Chromium OS代码开源。