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??系列專欄：Linux入門到精通

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什么是操作系統(tǒng)？

在上篇【Linux】馮諾依曼體系結(jié)構(gòu)思想中我們介紹了計(jì)算機(jī)的各個(gè)部件的主要功能，以及他們工作的方式和步驟，但是這些設(shè)備都很笨，只能提供基本的功能，就好比鍵盤來說，它就只能從鍵盤來獲取數(shù)據(jù)，等待被使用，那么就少不了一個(gè)管理者，來管理這些設(shè)備，這個(gè)設(shè)備可以在合適的時(shí)間使用合適的工具去完成任務(wù)，那么這個(gè)管理者就是操作系統(tǒng)（OS）。

在整個(gè)計(jì)算機(jī)軟硬件架構(gòu)中，操作系統(tǒng)的定位是：一款純正的“搞管理”的軟件！

操作系統(tǒng)概念

任何計(jì)算機(jī)系統(tǒng)都包含一個(gè)基本的程序集合，稱為操作系統(tǒng)(OS)?；\統(tǒng)的理解，操作系統(tǒng)包括：

• 內(nèi)核（進(jìn)程管理，內(nèi)存管理，文件管理，驅(qū)動(dòng)管理）
• 其他程序（例如函數(shù)庫，shell程序等等）

操作系統(tǒng)的目的

• 與硬件交互，管理所有的軟硬件資源
• 為用戶程序（應(yīng)用程序）提供一個(gè)良好的執(zhí)行環(huán)境

接下來我們通過計(jì)算機(jī)層狀結(jié)構(gòu)來了解操作系統(tǒng)：

底層硬件

• 計(jì)算機(jī)底層硬件是指計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中直接參與數(shù)據(jù)處理、存儲(chǔ)和傳輸?shù)膶?shí)體部件，包括中央處理器（CPU）、內(nèi)存、硬盤、主板、顯卡、網(wǎng)卡等。這些硬件組成了計(jì)算機(jī)的核心部分，是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)能夠正常運(yùn)行的基礎(chǔ)。

驅(qū)動(dòng)程序

• 驅(qū)動(dòng)程序是一種軟件，它允許操作系統(tǒng)或其他軟件與硬件設(shè)備進(jìn)行通信。驅(qū)動(dòng)程序通常由硬件制造商提供，用于控制硬件設(shè)備的操作和性能。通過安裝正確的驅(qū)動(dòng)程序，操作系統(tǒng)可以識別設(shè)備并與之通信，從而確保設(shè)備能夠正常工作。常見的驅(qū)動(dòng)程序包括打印機(jī)驅(qū)動(dòng)程序、顯卡驅(qū)動(dòng)程序、聲卡驅(qū)動(dòng)程序等。沒有驅(qū)動(dòng)硬件設(shè)備是無法使用的。

就好比我們平時(shí)使用無線鼠標(biāo)的時(shí)候，把USB接口插入電腦之后的幾秒鐘是用不了鼠標(biāo)的，過了幾秒后，電腦右下角會(huì)彈出驅(qū)動(dòng)安裝成功之類的提示，此時(shí)我們的鼠標(biāo)才能正常使用，一般的驅(qū)動(dòng)程序操作系統(tǒng)會(huì)自帶，也有少部分的需要我們?nèi)ナ謩?dòng)下載。

操作系統(tǒng)

• 操作系統(tǒng)是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中最基本的系統(tǒng)軟件之一，它是一種控制和管理計(jì)算機(jī)硬件與軟件資源的程序集合，為應(yīng)用程序提供運(yùn)行環(huán)境和服務(wù)。操作系統(tǒng)負(fù)責(zé)管理計(jì)算機(jī)的內(nèi)存、文件系統(tǒng)、輸入輸出設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)等硬件資源，并提供進(jìn)程管理、內(nèi)存管理、文件管理、網(wǎng)絡(luò)管理等核心功能。

操作系統(tǒng)就好比銀行的管理人員，可以將一家銀行比作一個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，操作系統(tǒng)就像銀行的管理人員，負(fù)責(zé)協(xié)調(diào)銀行內(nèi)部各個(gè)部門之間的工作，確保銀行正常運(yùn)行。具體來說，操作系統(tǒng)可以：

1. 管理銀行的硬件資源，如ATM機(jī)、服務(wù)器、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備等，保證這些設(shè)備能夠正常工作。
2. 管理銀行的軟件資源，如數(shù)據(jù)庫、應(yīng)用程序等，確保它們能夠高效地運(yùn)行。
3. 管理銀行的數(shù)據(jù)，如客戶信息、賬戶信息等，保證數(shù)據(jù)的安全性和完整性。
4. 管理銀行的業(yè)務(wù)流程，如開戶、存款、取款等，確保各個(gè)環(huán)節(jié)的順暢進(jìn)行。
5. 管理銀行的安全性，如防火墻、加密技術(shù)等，保證銀行系統(tǒng)不受到黑客攻擊和病毒感染。

通過這些管理措施，操作系統(tǒng)可以讓銀行更加高效、安全地運(yùn)營。

總結(jié)：操作系統(tǒng)幫助用戶，管理好下面的軟硬件資源！

那么新的問題又來了，操作系統(tǒng)為什么要管理好軟硬件資源呢？

操作系統(tǒng)需要管理好軟硬件資源，主要是為了提高計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的性能和可靠性，確保應(yīng)用程序能夠正常運(yùn)行。以銀行為例，如果操作系統(tǒng)不能管理好軟硬件資源，可能會(huì)導(dǎo)致以下問題：

1. 銀行的ATM機(jī)無法正常工作，客戶無法進(jìn)行取款和存款操作，影響銀行的服務(wù)質(zhì)量和客戶滿意度。
2. 銀行的數(shù)據(jù)庫出現(xiàn)故障，客戶的賬戶信息丟失或泄露，對客戶的財(cái)產(chǎn)安全造成威脅，同時(shí)也可能損害銀行的聲譽(yù)。
3. 銀行的應(yīng)用程序崩潰或運(yùn)行緩慢，導(dǎo)致客戶無法正常辦理業(yè)務(wù)，影響銀行的業(yè)務(wù)效率和收益。
4. 銀行的網(wǎng)絡(luò)受到攻擊或病毒感染，可能導(dǎo)致銀行系統(tǒng)癱瘓，造成嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失。

通過管理好軟硬件資源，操作系統(tǒng)可以最大限度地避免這些問題的發(fā)生，確保銀行的正常運(yùn)營和服務(wù)質(zhì)量。

總結(jié)：操作系統(tǒng)通過管理好底層的軟硬件資源(手段),為用戶提供一個(gè)良好的執(zhí)行環(huán)境 (目的)

操作系統(tǒng)里面會(huì)有各種數(shù)據(jù)?？墒?，操作系統(tǒng)本身并不相信任何用戶！但是不相信你，但是可以讓你用。

舉個(gè)栗子
在銀行，銀行也不會(huì)相信你，在我們平時(shí)取錢辦理業(yè)務(wù)的時(shí)候，只能通過一個(gè)小窗口來進(jìn)行辦理，其他的基本都是用防彈玻璃隔開的，給我們用戶只提供一個(gè)窗口。如果銀行相信每一個(gè)人，變成開放的話，什么人都可以進(jìn)銀行，那么就可能會(huì)出現(xiàn)資金丟失等的問題。甚至有些人無心的把某些設(shè)備誤觸了造成財(cái)產(chǎn)損失，為了避免這些問題銀行就會(huì)把自己封閉起來，但又不能完全封閉這樣就不能為用戶提供服務(wù)也就沒人回來銀行辦理業(yè)務(wù)，因此銀行會(huì)給我們開放各種窗口來給我們用戶提供服務(wù)，這樣銀行就可以在不相信用戶的同時(shí)還能幫你辦理各種業(yè)務(wù)。

操作系統(tǒng)也是這樣，操作系統(tǒng)在不相信任何用戶的情況下，還要給用戶提供一個(gè)良好的執(zhí)行環(huán)境。

理解系統(tǒng)調(diào)用接口

操作系統(tǒng)保證數(shù)據(jù)安全，也為了保證給用戶提供服務(wù)，操作系統(tǒng)以接口的方式給用戶提供調(diào)用的入口，來獲取操作系統(tǒng)內(nèi)部的數(shù)據(jù)。
操作系統(tǒng)使用C語言寫的，所以操作系統(tǒng)上的接口本質(zhì)上就是C語言的一個(gè)函數(shù)，是函數(shù)就要有返回值，參數(shù)等等。就好比我們要去銀行取錢，我們就要帶上自己的身份證，銀行卡，存折之類的，來通過窗口交給銀行的工作人員，工作人員通過內(nèi)部認(rèn)證確認(rèn)無誤后，再來幫我們?nèi)″X。 操作系統(tǒng)接口也是如此，我們通過系統(tǒng)接口可以傳遞一些參數(shù)，就可以拿到我們想要的系統(tǒng)數(shù)據(jù)，以便于我們繼續(xù)開發(fā)。
這樣自己內(nèi)部函數(shù)調(diào)用 ---- 系統(tǒng)調(diào)用
所有的訪問操作行為，都只能通過系統(tǒng)調(diào)用來完成。
系統(tǒng)調(diào)用可以對用戶輸入的參數(shù)進(jìn)行審核，因?yàn)橄到y(tǒng)調(diào)用的代碼是操作系統(tǒng)自己寫的，不會(huì)出現(xiàn)惡意修改的現(xiàn)象，這樣操作系統(tǒng)既保證了自己安全的情況下，又為上層提供服務(wù)了，有了這些系統(tǒng)調(diào)用接口，我們就可以允許用戶對底層的軟硬件資源進(jìn)行間接管理，所以就有些人基于系統(tǒng)調(diào)用接口來設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)各種各樣的軟件啦。

但是因?yàn)橄到y(tǒng)調(diào)用接口難度太大，所以就有人對這些操作系統(tǒng)調(diào)用接口進(jìn)行封裝，將底層操作系統(tǒng)封裝成庫。
就比如我們平時(shí)使用的scanf和printf，scanf是從鍵盤中獲取數(shù)據(jù)到內(nèi)存，其實(shí)本質(zhì)上是scanf函數(shù)通過調(diào)用系統(tǒng)接口去訪問硬件資源，printf函數(shù)也是通過調(diào)用系統(tǒng)接口來訪問顯示器資源。
但凡是涉及到硬件系統(tǒng)的編程語言，都是通過調(diào)用系統(tǒng)接口來實(shí)現(xiàn)的，所有的編程語言都是在系統(tǒng)調(diào)用接口之上的。無論編程語言怎么變化，系統(tǒng)調(diào)用接口都是不會(huì)變的。

總結(jié)：
系統(tǒng)調(diào)用接口是操作系統(tǒng)提供給用戶程序的一組函數(shù)，用于訪問操作系統(tǒng)內(nèi)部的數(shù)據(jù)和資源。這些接口本質(zhì)上是C語言的函數(shù)，可以傳遞參數(shù)和返回值。所有的訪問操作行為都只能通過系統(tǒng)調(diào)用來完成，這樣可以保證操作系統(tǒng)的安全性和可靠性。系統(tǒng)調(diào)用接口可以被封裝成庫，方便用戶程序的開發(fā)和使用。無論編程語言怎么變化，系統(tǒng)調(diào)用接口都是不會(huì)變的。
庫函數(shù)和系統(tǒng)調(diào)用之間是上下層的調(diào)用和被調(diào)用的關(guān)系！庫函數(shù)在上，系統(tǒng)調(diào)用在下！

操作系統(tǒng)是如何進(jìn)行管理的？

什么是管理？

這里我們來舉一個(gè)例子，在大學(xué)里，有校長，有輔導(dǎo)員，有學(xué)生，宿管等等。其中最典型的管理者就是校長。我們大學(xué)生就是最典型的被管理者，但是我們從開學(xué)到畢業(yè)估計(jì)也見不到校長幾次，甚至不知道校長長什么樣子，不知道校長叫什么名字，但是我們確實(shí)被管理了，所以說明管理者和被管理者是不需要見面的。

那么問題又來了管理者在不見到被管理者的情況下，是如何進(jìn)行管理的呢？
比如我們在公司中上班，有一天被老板叫到辦公室，老板說，小張最近在公司怎么樣啊，工作順不順利啊，干了什么事啊，有哪些事情沒干啊，有什么困難?。课覀兛梢园l(fā)現(xiàn)這個(gè)過程中老板是為了獲取信息，所以見不見面不是必須的，只要能夠獲取信息就可以，所以我們只要把信息管理起來就可以完成管理工作。

所以管理的本質(zhì)：通過對 數(shù)據(jù)的 管理達(dá)到對人的管理。

再來回到大學(xué)這個(gè)例子，假如我們大學(xué)規(guī)定掛科達(dá)到9門就要被責(zé)令退學(xué)，小張同學(xué)今年 剛好掛了第9門課，然后到每年期末校長都會(huì)收到這些掛科信息，校長拿到了小張的掛科信息，就對小張說，你掛了9門課了，可以去辦理退學(xué)了。在這個(gè)過程中校長獲取了小張的掛科信息，進(jìn)而對小張進(jìn)行了管理。進(jìn)一步說明了管理的本質(zhì)就是通過對數(shù)據(jù)的管理來達(dá)到對人的管理。

那么又有新的問題了，管理者和被管理者的面都不見，管理者如何拿到我們的數(shù)據(jù)呢？
在大學(xué)中我們的成績掛科情況會(huì)通過輔導(dǎo)員來進(jìn)行匯總，來提供給校長，那么輔導(dǎo)員是管理者嗎？

我們這個(gè)世界上所做的事情就分為兩種：

1. 做決策
2. 做執(zhí)行

真正的管理者他的核心工作應(yīng)該放在做決策上，具有決策權(quán)。
再來回到這個(gè)例子當(dāng)中，輔導(dǎo)員對于學(xué)生大部分工作是沒有決策權(quán)的，所以輔導(dǎo)員不算是真正意義上的管理者，而是在做學(xué)校安排的一些工作，而是一個(gè)執(zhí)行者。

所以管理者需要通過執(zhí)行者來獲取被管理者的數(shù)據(jù)信息。

回到我們的計(jì)算機(jī)當(dāng)中，校長就相當(dāng)于操作系統(tǒng)，輔導(dǎo)員就是驅(qū)動(dòng)程序，學(xué)生就是軟硬件資源。

驅(qū)動(dòng)程序來獲取軟硬件資源，再將獲取的資源交給操作系統(tǒng)，操作系統(tǒng)再對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，以達(dá)到對軟硬件資源的管理。

比如我們的網(wǎng)卡在日常使用中遇到了故障，那么驅(qū)動(dòng)程序就會(huì)把錯(cuò)誤信息傳遞給操作系統(tǒng)，操作系統(tǒng)能自己處理的話就自己處理，處理不了就會(huì)將錯(cuò)誤信息報(bào)告給用戶，來告知我們網(wǎng)卡有問題了。

操作系統(tǒng)是如何管理硬件信息呢？

我們再來回到大學(xué)這個(gè)例子。校長想要收集每個(gè)學(xué)生的信息，就給各個(gè)學(xué)院的輔導(dǎo)員發(fā)了一張Excel表格上面有要收集的信息，等輔導(dǎo)員收集好信息之后，校長看著眼前的這一大堆表，陷入了沉思，心想這要找一個(gè)人還不得給我找累死，正好這個(gè)校長之前是個(gè)程序員，他就想著把這些學(xué)生的信息用一個(gè)結(jié)構(gòu)體保存起來，再加上一個(gè)結(jié)構(gòu)體指針把這些學(xué)生一個(gè)個(gè)用鏈表鏈接起來，解釋代碼如下：

struct student
{
	char 學(xué)號[];
	char 姓名[];
	char 班級[];
	char 手機(jī)號[];
	int 身高;
	................
	struct student* next;
};

通過結(jié)構(gòu)體把每個(gè)學(xué)生的屬性信息保存起來，再通過鏈表將每個(gè)學(xué)生鏈接起來。

這樣保存成鏈表，就可以把對學(xué)生信息的管理，轉(zhuǎn)換成對鏈表的增刪查改。
假如我們學(xué)校要選舉行運(yùn)動(dòng)會(huì)，校長要在全校學(xué)生中找一個(gè)身高最高的，有了鏈表就可以將這個(gè)問題轉(zhuǎn)換為，遍歷這個(gè)鏈表找到身高屬性最高的那個(gè)節(jié)點(diǎn)，就可以查看到這個(gè)人的所有信息。
那么有了鏈表，校長就只需要把學(xué)生鏈表管理好就可以了，再也不用對著Excel表格瘋狂查找了。
這樣我們就成功的將 對學(xué)生的管理 轉(zhuǎn)換成為了 對鏈表的增刪查改！

這里我們小小總結(jié)一下：校長在列舉學(xué)生信息的過程叫做描述的過程，而把每個(gè)學(xué)生的結(jié)構(gòu)體鏈接起來的過程叫做組織的過程。這樣子我們就可以得到對數(shù)據(jù)的管理的過程分為兩個(gè)步驟：

1. 先描述：用struct結(jié)構(gòu)體保存屬性信息
2. 再組織：用結(jié)構(gòu)體指針將結(jié)構(gòu)體對象鏈接起來。

在操作系統(tǒng)中也一樣，我們需要定義一個(gè)結(jié)構(gòu)體，結(jié)構(gòu)體里面存儲(chǔ)硬件設(shè)備的各種屬性比如名稱，設(shè)備狀態(tài)。設(shè)備容量等等，這樣一來一個(gè)結(jié)構(gòu)體對象就代表一個(gè)硬件設(shè)備，接下來再用各種結(jié)構(gòu)體指針將這些結(jié)構(gòu)體對象鏈接起來，對這些設(shè)備鏈表進(jìn)行管理。以至此，在操作系統(tǒng)中，管理任何對象，最終都可以轉(zhuǎn)換成為對某種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的增刪查改！

??小結(jié)??

今天我們學(xué)習(xí)了"Linux操作系統(tǒng)是如何進(jìn)行管理的"相信大家看完有一定的收獲。種一棵樹的最好時(shí)間是十年前，其次是現(xiàn)在！ 把握好當(dāng)下，合理利用時(shí)間努力奮斗，相信大家一定會(huì)實(shí)現(xiàn)自己的目標(biāo)！加油！創(chuàng)作不易，辛苦各位小伙伴們動(dòng)動(dòng)小手，三連一波????~~~，本文中也有不足之處，歡迎各位隨時(shí)私信點(diǎn)評指正！
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到了這里，關(guān)于【Linux旅行記】探究操作系統(tǒng)是如何進(jìn)行管理的！的文章就介紹完了。如果您還想了解更多內(nèi)容，請?jiān)谟疑辖撬阉鱐OY模板網(wǎng)以前的文章或繼續(xù)瀏覽下面的相關(guān)文章，希望大家以后多多支持TOY模板網(wǎng)！