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深入浅出 Linux 操作系统

操作系统是管理计算机硬件与软件资源的计算机程序,同时也是计算机系统的内核与基石。计算机系统由硬件和软件两部分组成。操作系统 (OS,Operating System) 是配置在计算机硬件上的第一层软件,是对硬件系统的首次扩充。它在计算机系统中占据了特别重要的地位;而其它的诸如汇编程序、编译程序、数据库管理系统等系统软件,以及大量的应用软件,都将依赖于操作系统的支持,取得它的服务。以 Intel Pentium 系统产品系列的模型为例:

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操作系统已成为现代计算机系统(大、中、小及微型机)、多处理机系统、计算机网络、多媒体系统以及嵌入式系统中都必须配置的、最重要的系统软件。从一般用户的观点,可把 OS 看做是用户与计算机硬件系统之间的接口;从资源管理的观点看,则可把 OS 视为计算机系统资源的管理者。另外,OS 实现了对计算机资源的抽象,隐藏了对硬件操作的细节,使用户能更方便地使用机器。

操作系统的作用

用户与计算机硬件系统之间的接口

OS 处于用户与计算机硬件系统之间,用户通过 OS 来使用计算机系统。或者说,用户在 OS 帮助下,能够方便、快捷、安全、可靠地操纵计算机硬件和运行自己的程序。

用户可以通过如下三种方式使用操作系统 :

  • 命令方式。这是指由 OS 提供了一组联机命令接口,以允许用户通过键盘输入有关命令来取得操作系统的服务,并控制用户程序的运行。
  • 系统调用方式。OS 提供了一组系统调用,用户可在自己的应用程序中通过相应的系统调用,来实现与操作系统的通信,并取得它的服务。
  • 图形、窗口方式。这是当前使用最为方便、最为广泛的接口,它允许用户通过屏幕上的窗口和图标来实现与操作系统的通信,并取得它的服务。

计算机系统资源的管理者

在一个计算机系统中,通常都含有各种各样的硬件和软件资源。归纳起来可将资源分为四类:处理器、存储器、IO 设备以及信息 ( 数据和程序 )。相应地,OS 的主要功能也正是针对这四类资源进行有效的管理,即:处理机管理,用于分配和控制处理机;存储器管理,主要负责内存的分配与回收; IO 设备管理,负责 IO 设备的分配与操纵;文件管理,负责文件的存取、共享和保护。可见,OS 的确是计算机系统资源的管理者。事实上,当今世界上广为流行的一个关于 OS 作用的观点,正是把 OS 作为计算机系统的资源管理者。

计算机资源的抽象

对于一个完全无软件的计算机系统(即裸机),它向用户提供的是实际硬件接口(物理接口),用户必须对物理接口的实现细节有充分的了解,并利用机器指令进行编程,因此该物理机器必定是难以使用的。为了方便用户使用 IO 设备,人们在裸机上覆盖上一层 IO 设备管理软件,由它来实现对 IO 设备操作的细节,并向上提供一组 IO 操作命令,如 Read 和 Write 命令,用户可利用它来进行数据输入或输出,而无需关心 IO 是如何实现的。此时用户所看到的机器将是一台比裸机功能更强、使用更方便的机器。这就是说,在裸机上铺设的 IO 软件隐藏了对 IO 设备操作的具体细节,向上提供了一组抽象的 IO 设备。

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