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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:
内核(进程管理,内存管理,文件管理,驱动管理)
其他程序(例如函数库,shell程序等等)
总结:在整个计算机软硬件架构中,操作系统的定位是:一款进行软硬件资源管理的软件。要留意“管理”和“软件”这两个字。
对下:为了与硬件交互,管理所有的软硬件资源。
对上:为用户程序(应用程序)提供一个良好的、稳定的、高效的、安全的执行环境。
管理的例子
就比如在大学中,对于重大事宜有决策权力的一般是校长,但我们一般情况下是见不到校长的,一般也就和辅导员联系,那我们是怎么被学校管理(发奖学金、评奖评优等)的呢?其实不难理解本质上是我们各种学号、姓名、专业、班级等等的数据信息已经被校方拿走了,而且一直在更新。所以管理者不需要和被管理者直接交互,依旧能够把被管理对象管理起来。那么管理的本质就是对数据做管理。
那么管理者与被管理者不见面怎么拿到对应的数据呢?
下面画了一张图来表示这样的一个关系。
假如说新生开学军训这件事本身是校长这个管理者做出的决策,班主任需要做的工作就是让学生们做执行,
那么其实这里也是一样,操作系统和被管理者硬件之间其实还有一个驱动层,一方面帮助操作系统拿到硬件对应的数据,另一方面给当操作系统根据数据做决策也由对应的驱动来执行。
那么数据太多校长要怎么管理这些数据呢?不难发现,每一个学生的数据种类虽然多但是都是差不多的,有姓名、年龄、班级、联系电话、学号、成绩等等,那么给每个学生一人一个表格,把对应的数据填上,就可以对学生进行管理了。
那么校长其实就可以利用一个个的结构体将学生的数据都描述起来,通过对应的增删查的算法就可以对这些结构体进行管理了。
其实操作系统也是这样的,先把要管理的数据都抽象出来,然后利用对应的数据结构算法对数据进行管理即可。所以计算机学科为我们提供了各种各样的数据结构、C/C++为我们提供了各式各样的STL、算法库等等,包括类和对象,就是让我们沿着一个先描述再组织的能力来让我们去学习。
操作系统对所有软硬件资源管理的思维方式是:
管理的本质是:对数据的管理。
管理的方法是:先描述,再组织。
在开发角度,操作系统对外会表现为一个整体,类似于银行,银行其实是不能直接把各种设备和资源等暴露在外面,防止一些不法分子来进行破坏,那为什么不直接把银行封起来不让任何人进入呢?原因就在于银行存在的意义就是为人民服务,提供我们各种存取钱的需求,所以银行就用很多比较坚硬的玻璃封起来,然后下面开一个小口口来提供给我们各种服务,操作系统也是这样,它们本质上不相信任何人,不能把各种驱动和管理程序随意的暴露出来,也不能完全封闭,所以会暴露自己的部分接口,供上层开发使用,这部分由操作系统通过C语言给我们提供的接口,叫做系统调用。像是fork、signal等等
系统调用在使用上,对用户的要求相对也比较高,必须要特别了解操作系统,让用户直接用这个接口太麻烦了,所以,开发者对部分系统调用进行适度封装,从而形成各种各样的软件层有C/C++库(各种lib,完成编程操作)、shell(帮助用户进行各种基本指令的操作)、各种图形化界面,就像C语言中的printf函数,调用一下就可以让屏幕轻松的打印我们想要打印的东西,各种ls、touch命令。这样的操作需要系统调用接口来做的,可以说成本是非常高的,但有了各种库、shell、各种图形化界面就有利于跟上层用户或者开发者进行二次开发。
综上就有了下面的这一幅图。
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好了今天的分享就到此为止了
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