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簡述操作系統

或許在妳之前的職業生涯中,並不知道 操作系統 是什麽,但妳壹定使用過電腦。像我們日常使用的電腦實際上是由眾多組件組成的。

這其中有硬件,「諸如, CPU 、 內存 、 硬盤 、 機箱 、 風扇 、 鼠標 、 鍵盤 等等壹系列組成電腦的必備元件」,還有軟件,例如妳所使用的 瀏覽器 、 遊戲 等等。所有在妳電腦中能夠看到的 程序 ,統稱為 軟件 。

然而,對於組成計算機的絕大多數硬件設備,「諸如CPU、內存等設備」,使用者無法直接和硬件設備進行交流和使用,況且對於大多數使用者而言,他們並不清楚計算機的組成和運行原理,自然也無法直接和計算機的硬件去大交道。因此,早期的開發者們在計算機硬件的基礎上,開發出來壹套可以適用於硬件之上的軟件,通過這層軟件來達到對計算機硬件的控制和交互,從而滿足用戶需求,這種軟件被稱之為 操作系統 。

操作系統誕生後,極大簡化了開發者對於計算機程序的探知和求索。相比於過去,操作系統誕生後為開發者和使用提供了壹個更清晰、簡單的計算機模型。

時至今天, 操作系統 經過壹代代的發展和完善,已經變得非常普遍和易用。我們壹般常見的操作系統主要有 Windows 、 MAC OS 、 Linux 等。

下圖為組成計算機的硬件和軟件關系:

計算機的運行總是離不開操作系統的,操作系統作為計算機硬件與軟件之間的壹道橋梁,既向上承載著軟件程序的運行環境,又向下銜接了與硬件的交互。既然操作系統的功能如此強大,那麽是什麽使得操作系統具備這些功能呢?

實際上,組成計算機操作系統的部件眾多。其中最重要的部分為 驅動程序 、 內核 、 系統接口庫 、 外圍設備 。

各個部件分工明確,互為壹體。其中,

驅動程序 主要負責與硬件控制器進行信息交流,為了使驅動程序能夠正常工作,必須將驅動程序安裝在操作系統中,(例如網卡驅動、磁盤驅動等等);

內核 控制著計算機上的所有硬件和軟件,是操作系統中最重要的部分;

系統接口庫 是壹系列特殊的程序(API)庫,主要提供給開發人員開發程序使用;

外圍 指的是操作系統除 內核 、 驅動程序 、 系統接口 三類以外的部分。

內核 是壹個操作系統的核心。內核控制著計算機上的所有硬件和軟件,在必要時調度硬件,並根據指令執行相應的軟件。

操作系統的內核 主要負責四種功能: 系統內存管理 、 軟件程序管理 、 硬件設備管理 、 文件系統管理 。

操作系統內核的主要功能之壹是 內存管理 。 內核 不僅管理計算機上的物理內存,還可以創建和管理虛擬內存。 內核 通過硬盤上的存儲空間來實現虛擬內存,這塊區域稱為 交換空間(swap space) 。 內核 不斷在「 交換空間 」和「 物理空間 」之間反復交換虛擬內存中的內容,這使得操作系統擁有比物理內存更多的可用內存。

操作系統將系統中正在運行的程序稱為 進程 。內核控制著操作系統對運行在當前系統環境中的所有進程的管理。

內核的第三個功能是 管理硬件設備 。操作系統需要與對應的硬件設備進行通信,首先需要在內核中植入對應硬件的驅動程序。驅動程序相當於應用程序和硬件設備的中間人,允許內核與設備之間交換數據。

內核 的另壹個功能是提供 文件系統的管理 。文件系統是操作系統中負責管理「 持久化 」數據的子系統,通過將用戶的文件從內存寫到磁盤中,保證用戶數據的完整性。另壹方面, 文件系統 負責將磁盤上的目錄及文件進行組織化管理。

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