计算机基础系列二：计算机操作系统

1、磁盘阵列（RAID）分类

RAID0

数据分开存储

硬盘数：最少两块

优点：速度快

缺点：但安全性差，只要一块硬盘坏了，数据链就断了。

数据AB在RAID0中存储形式：

 

RAID1

数据异地同样备份，容量为单盘容量

硬盘数：最少两块

优点：稳定性好，一块硬盘损坏，另一块还能继续工作

缺点：读写速度没有任何提升

数据AB在RAID1中存储形式

 

RAID5

RAID 5具有和RAID 0相近似的数据读取速度，只是多了一个奇偶校验信息，写入数据的速度比对单个磁盘进行写入操作稍慢。同时由于多个数据对应一个奇偶校验信息，RAID 5的磁盘空间利用率要比RAID 1高，存储成本相对较低

硬盘数：最少三块（有四块盘，第四块盘备份）

优点：速度比RAID1快，比RAID0慢

缺点:价格贵

数据1101在RAID5形式中存储形式：

 

RAID10

硬盘数：最少4块

优点：速度快，稳定性好

缺点：贵

数据AB在RAID10中形式存储：

 

2、存储分类：

文件存储：读写单位是文件，可直接对文件进行修改操作

块存储（未格式化的裸盘）：读写单位block块，但不能直接存储，需要格式化做文件系统之后才能使用

对象存储（网盘）:不能直接对文件进行操作；以网址为读写单位

3、为何要有操作系统？

         计算机技术发展到现在，计算机系统发展成了一个复杂的系统，程序员无法把所有的硬件细节都了解到，为提高程序员的开发效率，管理硬件等这些基础繁琐的工作就交给了操作系统同时操作系统提供管理硬件的接口，这样程序员只要开发基于操作系统的应用程序就行。

4、操作系统

         操作系统：操作系统是一个协调、管理和控制计算机硬件资源和软件资源的控制程序

操作系统的位置：

 

 

 

 

 

 

 

 

 

从图中可看出：

1）操作系统位于计算机硬件和应用软件之间，其本质也是一种软件

2）操作系统由系统由系统调用（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）和系统内核（运行于内核态，管理硬件资源）两部分组成。

5、操作系统的功能

结合操作系统在计算机中的位置可以看出操作系统有两大功能

1）隐藏计算机硬件复杂的接口，为程序员提供能过够调用硬件的简单的、便捷的系统调用的接口。

2）将应用程序对硬件资源的竞态请求变为有序化。即操作系统同时运行多道程序，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。

6、操作系统的发展

1）第一代计算机（1940~1955）：真空管和穿孔卡片

     特点：没有操作系统的概念；

所有程序设计都是由纯粹的机器语言编写的；

同一时刻只有一个程序在内存中，被cpu调用执行，比方说10个程序的执行，是串行的。

优点：程序员在申请的时间段内独享整个资源，即时的调试自己的程序，如果有bug可以即时处理

缺点：这对于计算机资源来说是一种浪费

     存在的问题：人机交互太多，有10个程序员人机交互就要10次

2）第二代计算机（1955~1965）：晶体管和批处理系统

特点：

1. 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’。
2. 有了操作系统的概念，下图就是最早期的操作系统：是人力与计算机结合的系统，需要人参与。
3. 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：

 

优点:采用批处理，节省了机时

缺点：

1. 1. 整个流程需要人参与
   2. 计算机的处理过程仍是顺序执行，即串行
   3. 程序员原来独享一段时间的计算机，现在必须被统一规划到一批作业中，等待结果和重新调试的过程都需要等同批次的其他程序都运作完才可以（这极大的影响了程序的开发效率，无法及时调试程序）

解决第一代计算机的问题：

1. 1. 把一堆人的输入攒成一大波输入
   2. 然后顺序计算
   3. 把一堆人的输出攒成一大波输出

3）第三代计算机（1965~1980）：集成电路芯片和多道程序设计

背景：将二代计算机中负责磁带读卡的1401机器和负责计算的7094机器采用芯片集成到一起，同时提高了运算性能。

解决第二代计算机的问题1：

卡片被拿到机房后能够很快的将作业从卡片读入磁盘，于是任何时刻当一个作业结束时，操作系统就能将一个作业从磁带读出，装进空出来的内存区域运行，这种技术叫做SPOOLING，该技术同时用于输出。当采用了这种技术后，就不必将磁带搬来搬去了。

如何解决第二代计算机的问题2：

第三代计算机的操作系统广泛应用了第二代计算机的操作系统没有的关键技术：多道技术

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

4）第四代计算机（1980~至今）：个人计算机

7、多道技术

　　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。

　　多路复用实现方式：

　　　　1、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：将内存分为几部分，每个部分放入一个程序，这样同一时间内内存中就有了多到程序。

　　　　　　（需要实现的是，内存硬件上的隔离）

 

　　　　2、时间上的复用：当一个程序在等待I/O时（CPU处于空闲状态），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%，

　　这两种方式合起来便是多道技术