为什么要有操作系统

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。

其一：如果每位应用程序员都必须掌握该系统所有的细节，那就不可能再编写代码了（严重影响了程序员的开发效率：全部掌握这些细节可能需要一万年....）

其二：并且管理这些部件并加以优化使用，是一件极富挑战性的工作，于是，计算安装了一层软件（系统软件），称为操作系统。它的任务就是为用户程序提供一个更好、更简单、更清晰的计算机模型，并管理刚才提到的所有设备。

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。

 

什么是操作系统

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

操作系统位于计算机硬件与应用软件之间，本质也是一个软件。
操作系统由操作系统的内核（运行于内核态，管理硬件资源）以及系统调用（运行于用户态，为应用程序员写的应用程序提供系统调用接口）两部分组成，所以，单纯的说操作系统是运行于内核态的，是不准确的。

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

1.记录哪个程序使用什么资源

2.对资源请求进行分配

3.为不同的程序和用户调解互相冲突的资源请求。

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

当一个资源在时间上复用时，不同的程序或用户轮流使用它，第一个程序获取该资源使用结束后，在轮到第二个。。。第三个。。。

例如：只有一个cpu，多个程序需要在该cpu上运行，操作系统先把cpu分给第一个程序，在这个程序运行的足够长的时间（时间长短由操作系统的算法说了算）或者遇到了I/O阻塞，操作系统则把cpu分配给下一个程序，以此类推，直到第一个程序重新被分配到了cpu然后再次运行，由于cpu的切换速度很快，给用户的感觉就是这些程序是同时运行的，或者说是并发的，或者说是伪并行的。至于资源如何实现时间复用，或者说谁应该是下一个要运行的程序，以及一个任务需要运行多长时间，这些都是操作系统的工作。

2.空间上的复用

每个客户都获取了一个大的资源中的一小部分资源，从而减少了排队等待资源的时间。

例如：多个运行的程序同时进入内存，硬件层面提供保护机制来确保各自的内存是分割开的，且由操作系统控制，这比一个程序独占内存一个一个排队进入内存效率要高的多。

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（复用）  

空间上的复用最大的问题是：程序之间的内存必须分割，这种分割需要在硬件层面实现，由操作系统控制。如果内存彼此不分割，则一个程序可以访问另外一个程序的内存，

首先丧失的是安全性，比如你的qq程序可以访问操作系统的内存，这意味着你的qq可以拿到操作系统的所有权限。

其次丧失的是稳定性，某个程序崩溃时有可能把别的程序的内存也给回收了，比方说把操作系统的内存给回收了，则操作系统崩溃。

第三代计算机的操作系统仍然是批处理

许多程序员怀念第一代独享的计算机，可以即时调试自己的程序。为了满足程序员们很快可以得到响应，出现了分时操作系统

 

如何解决第二代计算机的问题3：

分时操作系统：
多个联机终端+多道技术

20个客户端同时加载到内存，有17在思考，3个在运行，cpu就采用多道的方式处理内存中的这3个程序，由于客户提交的一般都是简短的指令而且很少有耗时长的，索引计算机能够为许多用户提供快速的交互式服务，所有的用户都以为自己独享了计算机资源

CTTS：麻省理工（MIT）在一台改装过的7094机上开发成功的，CTSS兼容分时系统，第三代计算机广泛采用了必须的保护硬件（程序之间的内存彼此隔离）之后，分时系统才开始流行

MIT，贝尔实验室和通用电气在CTTS成功研制后决定开发能够同时支持上百终端的MULTICS（其设计者着眼于建造满足波士顿地区所有用户计算需求的一台机器），很明显真是要上天啊，最后摔死了。

后来一位参加过MULTICS研制的贝尔实验室计算机科学家Ken Thompson开发了一个简易的，单用户版本的MULTICS，这就是后来的UNIX系统。基于它衍生了很多其他的Unix版本，为了使程序能在任何版本的unix上运行，IEEE提出了一个unix标准，即posix（可移植的操作系统接口Portable Operating System Interface）

后来，在1987年，出现了一个UNIX的小型克隆，即minix，用于教学使用。芬兰学生Linus Torvalds基于它编写了Linux

 

第四代计算机（1980~至今）：个人计算机

略 

   

为何要有操作系统

计算机系统非常庞大难懂，程序员写程序时需要搞懂计算机系统，效率很低。

操作系统的出现缓解了程序员的大部分工作，操作系统管理及优化计算机硬件，程序员不需要全部搞懂计算机系统就可写代码编写软件。

软件在操作系统的基础上运行，间接使用硬件。

 

操作系统的位置

操作系统位于计算机硬件及应用程序之间，协调、管理和控制计算机硬件和软件系统的一个程序。

 

操作系统的功能

操作系统协调、管理和控制计算机硬件和软件的一个软件。

操作系统的功能由操作系统运行内核态管理硬件和操作系统运行应用态提供系统调用接口来实现的。

即操作系统隐藏了硬件的调用接口，提供了更稳定更简单，优化的调用接口。

操作系统控制计算机硬件与程序的分配，将无序的输入变成有序的输出结果。

 

操作系统的发展

第一代计算机（1940~1955）：真空管和穿孔卡片

第二代计算机（1955~1965）：晶体管和批处理系统

第三代计算机（1965~1980）：集成电路芯片和多道程序设计 

第四代计算机（1980~至今）：个人计算机

 

多道技术

多道技术是用来实现共用资源最大化利用的一种技术。

通过空间的复用和时间的复用来共同实现的。

空间上的复用是把内存分为几个部分，不同程序进入不同内存运行提高效率。

时间的复用是通过CPU的无缝对接，第一个程序在CPU运行后，第二个程序立刻补上，在CPU运行后开始第三个程序......

 

网络基础

什么是互联网协议及为何要有互联网协议

将不同计算机连接起来通信，需要一个统一的语言，统一的标准，这些标准称为互联网协议。

互联网协议定义计算机如何接入Internet，以及接入Internet的统一通信标准，可以很好的沟通，提高效率。

 

TCP/IP五层模型

osi五层模型又称为tcp/ip五层模型。包括物理层、数据链路层、网络层、传输层和应用层。

物理层：

不同的计算机信息交换需要Internet，计算机必须联网。由物理层之间的连接来实现联网功能的一部分。

具体的是通过电器之间发送高低电压，高电压用“1”表示，低电压用“0”来表示，以此来传递电信号。

数据链路层：

物理层给予数据链路层电信号，单纯的“0”和“1”不能表达具体信息内容。

数据链路层定义电信号分组方式，按照统一的标准以太网协议来实现分组表达信息内容。

以太网协议ethernet规定：一组电信号构成一组数据包，叫做“帧”。每一组数据帧分为报头head和数据date二部分。

head包含的源和目标地址为mac地址。以太网协议规定联网之间的设备都需具备网卡，接收端和发送端的地址即为网卡地址，也是mac地址。

每块网卡上都会有全世界唯一一个mac地址。一台计算机通过获取另一台计算机mac地址，用广播的方式来传播交流信息。

网络层：

 信息通过广播的形式传播到全世界，效率非常非常低，而且是灾难。定义一套不同的地址来区分局域网的网络地址。

网络地址又称为IP地址，分二部分，网络部分：标识子网；主机部分：标识主机。

传输层：

建立端口与端口的通信。网络层IP区分子网，以太层的mac找到主机地址，同时使用多个程序，通过传输层端口与端口之间的通信。

应用层：

程序都是在运用层工作运行，运用层规定了应用程序的数据格式。

用户上网流程:

第一步：客户端用户从浏览器输入www.baidu.com网站网址后回车，系统会查询本地hosts文件及DNS缓存信息，查找是否存在网址对应的IP解析记录。如果有就直接获取到IP地址，然后访问网站，一般第一次请求时，DNS缓存是没有解析记录的；

第二步：如果客户端没有DNS缓存或hosts没有对应www.baidu.com网站网址的域名解析记录，那么，系统会把浏览器的解析请求，交给客户端本地设置的DNS服务器地址解析（此DNS为LDNS，即Local DNS），如果LDNS服务器的本地缓存有对应的解析记录，就会直接返回IP地址；如果没有，LDNS会负责继续请求其它的DNS服务器；

第三步：LDNS会从DNS系统的“.”根开始请求www.baidu.com域名的解析，经过一系列的查找各个层次DNS服务器，最终会查找到www.baidu.com域名对应的授权DNS服务器，而这个授权DNS服务器，正是该企业购买域名时用于管理域名解析的服务器。这个服务器有www.baidu.com对应的IP解析记录，如果此时都没有，就表示企业的运维人员么有给www.baidu.com域名做解析； 

第四步：baidu.com域名对应的授权DNS服务器会把www.baidu.com对应的最终IP解析记录发给LDNS； 

第五步：LDNS把收到来自授权DNS服务器关于www.baidu.com对应的IP解析记录发给客户端浏览器，并且在LDNS本地把域名和IP的对应解析缓存起来，以便下一次更快的返回相同的解析请求的记录；

第六步：客户端浏览器获取到了www.baidu.com的对应IP地址，接下来浏览器会请求获得的IP地址对应的Web服务器，Web服务器接收到客户的请求并响应处理，将客户请求的内容返回给客户端浏览器；

至此，一次访问浏览网页的完整过程就完成了。