操作系统 (Operator System)

💦 概念

操作系统是进行软硬件资源管理的软件，任何计算机系统都包含一个基本的程序集合，称为操作系统 (OS)。笼统的理解，操作系统包括：

1. 内核 (进程管理，内存管理，文件管理，驱动管理)。
2. 其他程序 (例如函数库，shell 程序等等)。

为什么要有操作系统 ❓

1. 最明显的原因是如果没有操作系统，我们就没有办法操作计算机。换句话说，操作系统的出现可以减少用户使用计算机的成本。你总不能自己拿上电信号对应的电线自己玩吧，那样成本太高了。
2. 对下管理好所有的软硬件，对上给用户提供一个稳定高效的运行环境。其中硬件指的是 CPU、网卡、显卡等；软件指的是进程管理、文件、驱动、卸载等。不管是对下还是对上，都是为了方便用户使用。

💦 计算机体系及操作系统定位

其中用户可以操作 C/C++ 库、Shell、命令、图形界面；底层可以通过操作系统接口完成操作系统工作；操作系统目前主流的功能有四大类 —— 1、进程管理。2、内存管理。3、文件管理。4、驱动管理。后面我们重点学习进程管理和文件管理，其次内存管理学习地址空间和映射关系就行了。

其次操作系统是不信任任何用户的，所以用户不可能通过某种方式去访问操作系统，甚至对系统硬件或者软件的访问。而对系统软硬件的访问都必须经过操作系统。也就是说作为用户想要去访问硬件，只能通过操作系统所提供的接口去完成，但是操作系统提供的接口使用成本高，所以我们就有了基于系统调用的库等。就比如银行不信任任何人，你要去取钱 (硬件)，你不能直接去仓库拿钱，你也不能私底下指挥工作人员 (驱动) 给你去仓库拿钱，银行规定你要拿钱，必须通过银行提供的窗口 (操作系统提供的接口) 来取钱。

也就是说我们使用 print、scanf 等库函数时，都使用了系统接口，称之为系统调用。

系统调用和库函数概念 ❓

1. 在开发角度，操作系统对外会表现为一个整体，它不相信任何用户，但是会暴露自己的部分接口，供上层开发使用，这部分由操作系统提供的接口，叫做系统调用。
2. 系统调用在使用上，功能比较基础，对用户的要求相对也比较高，所以，有心的开发者就对部分系统调用进行适度封装，从而形成库，有了库，就很有利于更上层用户或者开发者进行二次开发。类似于银行取钱时，一般都会雇佣指导人员 (库)，王大爷不会取钱，就叫指导人员来指导 (调用库)。其实对于库函数的使用要么使用了 SystemCall，如 printf 函数；要么没使用 SystemCall，如 sqrt 函数。

我们学习的 C/C++ 的范畴实际上在系统提供的接口之上，当然 Java 等语言还要在往上点。所以我们经常说的 “ 跨平台性 ” 的根本原因就是因为 C语言的库对用户提供的接口是一样的，但系统调用的接口可能不一样，Windows下就用 W 的，Linux 下就用 L 的

可以看到计算机体系是一个层状结构，任何访问硬件或者系统软件的行为，都必须通过 OS 接口，贯穿OS进行访问操作。

💦 管理

90% 的人操作系统学不会的根本原因是不理解 “ 管理 ”。

在学校里大概有这三种角色：

1. 学生 (被管理者) —— 软硬件
2. 辅导员 (执行者) —— 驱动
3. 校长 (管理者) —— 操作系统

现实中我们做的事情无非是 a) 做决策。 b) 做执行。总之你是不是一个真正的管理者取决于你做决策的占比多还是少。在现实生活中一般都有一个现象，管理者和被管理者并不见面，校长不会因为你挂科就过来 跟你谈心。

管理者和被管理者并不直接打交道，那么如何进行管理 ❓

  学生和校长并不见面，但还是把学生安排的明明白白的，比如拿奖学金与否、挂科与否。原因是你的个人信息在学校的系统里面，也就是说本质管理者是通过 “ 数据 ” 来进行管理的。比如说评选奖学金，校长在系统中筛选好某系某级综合成绩排名前 3 的学生来发奖学金，这时校长把 3 位同学对应的辅导员叫过来，并要求开一个表彰大会来奖励 3 位同学，然后辅导员就开始着手执行工作。

管理者和被管理者并不直接打交道，那么数据从哪来的 ❓

  就相当于在入学时你的个人信息是由执行者把你的档案录入系统。

  既然是管理数据，就一定要把学生信息抽取出来，而学生信息可以用一个结构体来描述，每一名同学创建一个结构体变量，然后利用指针把所有的同学关联起来，构成一个双向循环链表。此时校长要对旷课超出一定次数的张三进行开除学籍的处分，那么校长先通知辅导员，叫张三不要来了，然后从系统中把张三的个人信息给删除掉。本质学生管理工作，就是对链表的增删查改。

  也就是说操作系统并不和硬件打交道，而是通过驱动程序进行操作。操作系统里会形成对所有硬件相关的数据结构，并连接起来，所以对硬件的管理最后变成了对数据结构的管理。

  管理的本质是：a) 对信息或数据进行管理 b) 对被管理对象先描述，然后通过某种数据结构组织起来，简化为先描述，后组织。后面我们都会围绕着这些观点学习。