操作系统究竟是什么？在计算机体系中扮演什么角色？

古城微笑少年丶 2024-04-06 15:38 92阅读 0赞

#### 操作系统究竟是什么？在计算机体系中扮演什么角色？ ####

*  一、操作系统概念
 *  二、操作系统如何管理软硬件资源
 *   *  2.1 何为管理者
     *  2.2 操作系统如何管理硬件
 *  三、系统调用接口作用
 *  四、用户操作接口
 *  五·、广义操作系统和狭义操作系统

## 一、操作系统概念 ##

下面是来自百度百科对操作系统的概念：

>  操作系统（英语：Operating System，缩写：OS）是一种内置的程序，用来协作计算机的各种硬件，以与用户进行交互。常见有Windows，macOS 和开源的 Linux。  
>  根据运行的环境，操作系统可以分为桌面操作系统，手机操作系统，服务器操作系统，嵌入式操作系统等。  
>  操作系统是人与计算机之间的接口，也是计算机的灵魂。

emmm… 非常抽象  
 通俗来讲，操作系统是一款进行软硬件资源管理的软件。操作系统通过将软硬件资源管理好（手段），从而给用户提供一个良好（稳定、高效、安全）易用的使用环境（目的）。  
 emmm…那操作系统是如何管理软硬件资源？如何给操作用户提供一个良好易用的使 用环境？

下面是计算机软硬件架构图，下面博主基于此图分析上述两个问题，以及图中每个部分的意义！  
![在这里插入图片描述][fb2d172cf2e84ac3ba7f473cb9ff54d3.png]

## 二、操作系统如何管理软硬件资源 ##

在整个计算机软硬件架构中，操作系统被定义为一款纯正的搞“管理”的软件！

### 2.1 何为管理者 ###

生活中，所有的事情宏观上大致可分为两大类：做决策、做执行。而对于管理者来说，基本以做决策为主。但管理者如何做决策，作出正确决策？  
 现在假设校长要管理学生，比如让张三退学。但校长没有和张三见过面，凭什么让张三退学？原来校长通过辅导员拿到了全校所有学生的各科成绩信息。校长拿到了完善的数据，发现张三挂科严重，才作出让张三退学的决定。所以管理的本质不是管人，而是管理数据！  
 但现在学生人数过多，校长管理学生需要得到更多相关信息（诸如：姓名、入学年份、紧急联系人等等）。其中一种解决办法就是将所有学生的相关信息写入一张excel表格中，从而实现结构化管理。但如果人数过多，这样管理起来还是很麻烦，那怎么办？

我们可以通过编程中面向对象的知识，通过一个结构体将所有的信息封装起来，比如：

struct Student
    {
        
    	char name[4];//学生名字
    	int age;
    	string numbers;//电话号码
    	// .....
    }

我们可以将所有学生的信息都转化为一个结构体对象，然后通过链表的形式链接起来。  
这就是对学生管理的一个建模过程，最终将管理学生转化成对链表的增删查改！！

管理可总结为“先描述，在组织”。即被管理的对象以什么样的结构体形式来描述，然后将结构体设定具体对象，通过特定的数据结构组织起来。

### 2.2 操作系统如何管理硬件 ###

我们已经知道管理的本质是管理数据，所以操作系统要管理底层硬件，首先得到相应硬件的数据信息（比如磁盘已使用空间、数据存放区域、是否正常等的）。但操作系统和硬件没有直接接触，所以中间存在驱动程序。驱动程序将硬件的相关信息传递给操作系统。同时由于各种信息庞杂，为例更好管理，操作系统需要将相关信息通过结构体方式（操作系统主要是C写的）进行描述，在通过特定的数据结构组织起来。从而将对硬件的管理转化成这些数据结构的管理。  
 当操作系统作出某种决策时，操作系统将信息传递给驱动程序，通过驱动程序来完成操作系统对硬件的控制。  
![在这里插入图片描述][b418bf685feb44ba912ca9b6abbb9d46.png]

## 三、系统调用接口作用 ##

在所有的计算机体系中，都不允许用户直接对操作系统进行操作。原因在于操作系统不相信用户。就像银行系统一样，银行为什么要柜台和玻璃，为什么不让用户自己取钱后自己修改以下数据。原因在于银行不相信我们，但又必须要为我们提供相关服务，所以安装了玻璃，并在玻璃上开了一个洞。同样用户中存在坏人，所以操作系统不允许用户直接操作控制它。但操作系统要为我们提供相应的服务（比如向磁盘中写数据），所以提供了system call(系统调用接口)。所以的用户请求只能通过系统调用借口传给操作系统！！  
![在这里插入图片描述][63ddb6fc07e84d1fa8343f5e376a0bc2.png]

## 四、用户操作接口 ##

系统调用使用起来比较麻烦，所以对于站在系统上的人提供了一些外壳程序（Linux中为shell外壳，windows为图形化界面），而这写外壳程序大多是由C/C++写的，其中必然存在系统调用借口。  
 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，大佬们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。  
![在这里插入图片描述][c5c0ecd6a91a4c01ad109835aceb6e56.png]

## 五·、广义操作系统和狭义操作系统 ##

![在这里插入图片描述][43a7810643ff424685c73798b9c99e6c.png]

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