操作系统的需求和功能
操作系统的目标：
计算机系统的基本目标是执行用户程序并使任务更容易。使用各种应用程序和硬件系统来执行这项工作。操作系统是管理和控制整个资源集并有效利用计算机每个部分的软件。
该图显示了操作系统如何充当硬件单元和应用程序之间的媒介。
操作系统需求：
- 操作系统作为应用程序的平台：
操作系统提供了一个平台，在该平台上可以运行其他程序，称为应用程序。这些应用程序可帮助用户轻松执行特定任务。它充当计算机和用户之间的接口。它的设计方式使其可以在计算机上操作、控制和执行各种应用程序。 - 管理投入产出单元：
操作系统还允许计算机管理自己的资源，如内存、显示器、键盘、打印机等。这些资源的管理是有效利用所必需的。操作系统控制各种系统输入输出资源，并根据用户或程序的需要将它们分配给用户或程序。 - 一致的用户界面：
操作系统为用户提供了一个易于使用的用户界面，因此用户不必每次都学习不同的 UI，可以专注于内容并尽快提高工作效率。操作系统提供模板、UI 组件，使计算机的工作对用户来说非常容易。 - 多任务处理：
操作系统管理内存并允许多个程序在自己的空间中运行，甚至通过共享内存相互通信。多任务处理为用户提供了良好的体验，因为他们可以一次在计算机上执行多项任务。
操作系统的功能：
操作系统有多种功能要执行。操作系统的一些突出功能可以概括为：
- 处理器管理：这涉及中央处理单元 (CPU) 的管理。操作系统负责将 CPU 时间分配给不同的进程。当进程在分配的时间段内执行后完成其 CPU 处理时，这称为调度。操作系统使用了多种类型的调度技术：
- Shortest Job First(SJF ) ：需要最短CPU时间的进程首先被调度。
- 循环调度：每个进程以循环方式分配固定的 CPU 执行时间。
- 基于优先级的调度（ Non-Preemptive ） ：在这种调度中，进程根据其优先级进行调度，即优先级最高的进程首先被调度。如果两个进程的优先级匹配，则根据到达时间进行调度。
- 设备管理：
操作系统与硬件和连接的设备进行通信，并在它们与 CPU 之间保持平衡。这一点尤为重要，因为 CPU 的处理速度远高于 I/O 设备的处理速度。为了优化 CPU 时间，操作系统采用了两种技术——缓冲和假脱机。 - 缓冲：
在这种技术中，输入和输出数据临时存储在输入缓冲区和输出缓冲区中。一旦输入或输出信号分别发送到 CPU 或从 CPU 发送，操作系统通过设备控制器将数据从输入设备移动到输入缓冲区，并将输出设备的数据移动到输出缓冲区。在输入的情况下，如果缓冲区已满，操作系统会向处理缓冲区中存储的数据的程序发送信号。当缓冲区变空时，程序通知操作系统重新加载缓冲区并继续输入操作。 - 假脱机（在线同时外围操作） ：
这是一种设备管理技术，用于在同一输入/输出设备上处理不同的任务。当网络上有多个用户共享同一资源时，可能会有多个用户在同一时间向其发出命令。因此，操作系统将每个用户的数据临时存储在资源所连接的计算机的硬盘上。个人用户无需等待执行过程完成。取而代之的是操作系统将硬盘中的数据一一发送到资源中。
示例：打印机 - 内存管理：
在计算机中，CPU 和 I/O 设备都与内存交互。当一个程序需要执行时，它会被加载到主内存中，直到执行完成。此后，该内存空间被释放并可供其他程序使用。操作系统使用的常见内存管理技术是分区和虚拟内存。 - 分区：
总内存被分成大小相同或不同的各个分区。这有助于在内存中容纳多个程序。分区可以是固定的，即对于内存中的所有程序保持不变，也可以是可变的，即当程序加载到内存时分配的内存。后一种方法会减少内存浪费，但随着时间的推移，它可能会变得碎片化。 - 虚拟内存：
这是操作系统使用的一种技术，它允许用户加载大于计算机主内存的程序。在这种技术中，即使整个程序无法加载到主内存中，程序也会执行，从而提高内存利用率。 - 文件管理：
操作系统管理计算机上的文件、文件夹和目录系统。计算机上的任何数据都以文件的形式存储，操作系统使用文件分配表 (FAT) 保存所有这些数据的信息。 FAT 存储有关文件的一般信息，如文件名、类型（文本或二进制）、大小、起始地址和访问模式（顺序/索引顺序/直接/相对）。操作系统的文件管理器有助于创建、编辑、复制、为文件分配内存以及更新 FAT。操作系统还负责打开具有适当访问权限的文件以读取或编辑它们。