作業系統（operating system）是管理計算機硬體的程式。為應用程式提供基礎，並且充當計算機使用者和計算機硬體的中介。

1.1作業系統的功能

硬體hardware：中央處理單元Central Processing Unit CPU、記憶體memory、輸入/輸出裝置Input/Output device, I/O device；

應用程式application program;

計算機系統：硬體、軟體、資料。作業系統提供正確手段以便使用這些資源。

1.1.1使用者視角

作業系統設計的主要目的：使用者使用方便，效能次要，資源利用不在乎。

1.1.2系統視角

作業系統--->資源分配器resource allocator；分配CPU時間、記憶體空間、檔案儲存空間、I/O裝置等；

控制程式：管理使用者程式的執行，以防止計算機資源的錯誤或者不當使用。特別注重I/O裝置的執行和控制。

1.1.3作業系統的定義

作業系統：一直執行在計算機上的程式（通常稱為核心kernel）；除了核心，還有：系統程式（與系統執行有關但不是核心的一部分）和應用程式（與系統無關的所有其他程式）。

1.3計算機系統的體系結構

1.3.1單處理器系統

單處理器系統：系統只有一個CPU；

1.3.2多處理器系統

多處理系統（Multiprocessing system）也稱為並行系統parallel system 或多核系統multicore system：有兩個或者多個緊密通訊的CPU，它們共享計算機匯流排，有時還共享時鐘、記憶體和外設等。

三個優點：

1.增加吞吐量（採用N個處理器加速比小於N）、

2.規模經濟（價格低於多個單處理器系統，原因：共享外設、大容量儲存和電源供給）、

3.增加可靠性（單個處理器失靈不會使整個系統停止工作，只會使他變慢）

適度退化graceful degradation：根據剩餘有效硬體的級別按比例繼續提供服務的能力；

容錯fault tolerant：容忍單個部件錯誤，並且仍然繼續執行。需要一定的機制來對故障進行檢測、診斷和糾錯（如果可能）。

非對稱處理器asymmetric multiprocessing：有一個主處理器（boss processor）控制系統排程從處理器，並安排工作。主從關係。

對稱處理器symmetric multiprocessing，SMP：每個處理器都有自己的暫存器集，也有私有或本地快取，所有處理器都共享實體記憶體。

多處理可以使系統從均勻記憶體訪問改成非均勻記憶體訪問。

多核（multicore）：整合多個計算核（computing core）。多核比多個單核更高效（因為單片通訊比多個晶片通訊更快，多核晶片比單核晶片耗電低）

1.3.3集群系統

多核系統和集群系統都屬於多處理器系統。

集群系統clustered system：將多個CPU組合在一起的系統；

鬆耦合的loosely coupled；

叢集計算機共享儲存，並且採用LAN(local area network區域網)連線或更快的內部連線。

高可用性：通過在系統中增加一定冗餘，可獲取高可用性；

非對稱叢集asymmetric clustering：

    一臺機器處於熱備份模式（host-standby mode）負責監視活動伺服器，如果活動伺服器失效，熱備份主機變成活動伺服器。

對稱叢集symmetric clustering：

    兩個或多個主機執行應用程式，相互監視。充分使用現有硬體，多個應用程式可執行時更為高效；

高效能運算：平行計算。

分佈鎖管理器：跟蹤共享磁碟的訪問，針對檔案訪問加一控制和加鎖，以確保無衝突。

儲存域網（Storage-Area Network,SAN）：

1.4作業系統的結構