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操作系统是什么？

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)。
笼统的说，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（如函数库，shell程序等）

操作系统核心功能

在整个计算机软硬件架构中，操作系统的定位是：⼀款纯正的“搞管理”的软件

对什么进行管理呢？

操作系统就是一款对计算机硬件和软件进行管理的软件。

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为什么需要操作系统（目的）？

我们知道，一个良好的秩序是需要管理的，有了良好的秩序，做事情才可以简单而高效。以我们人类社会为例，每个国家都有政府，政府制定法律法规对人们进行管理，这是人类社会井然有序的关键，这是亘古不变的。

计算机的世界也是如此，操作系统就是“政府”，各个硬件软件就是“人民”。

所以，操作系统通过管理好底层的软硬件资源（手段），为用户提供一个良好的执行环境（目的）。
这里用户其实一般指的是程序员，普通用户一般不会直接接触操作系统，一般使用的是程序员开发出来的软件。

【总结】

• 操作系统帮助用户管理好下面的软硬件资源
• 为用户提供一个良好（稳定、高效、安全）的运行环境

操作系统究竟管理些什么呢？

1. 内存管理：内存分配、内存共享、内存保护、内存扩张等等
2. 驱动管理：对计算机硬件的驱动程序进行分类、更新、删除等操作
3. 文件管理：文件存储空间的管理、目录管理、文件操作管理以及文件保护等等
4. 进程管理：其工作主要是进程的调度。

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操作系统的下层是什么？上层又是什么？

我们知道，操作系统是对硬件进行管理的，对硬件之间的数据读取，刷新，数量等等进行管理分配。

那么，操作系统直接和底层硬件打交道吗？
例如，如果操作系统要自己来读取硬件的数据，那么只要改变了对硬件读取数据的方式，那么操作系统的内核源代码就需要进行重新编译，也就是重启操作系统，如此代价太高了。
因此，我们需要使用驱动程序，间接管理底层硬件，此时操作系统就只需关心何时读取数据，而不用关心数据是如何读取的了。

那操作系统的上层是什么呢？
第一个想到的一定是我们用户了，他一定是我们计算机的顶层

但是，直接让用户使用操作系统安全吗？
显然是不安全的，操作系统中会有各种数据若是被用户随意修改，会出现严重的问题。
因此，操作系统不相信任何用户！

为了保证自身数据安全，也为了保证给用户提供服务，操作系统以接口的方式给用户提供调用的入口，来获取操作系统的内部数据。其实就是封装起来了。

我们知道，Linux是用C语言实现的，所以系统调用是：操作系统提供的用C实现的，自己内部函数的调用

总之，所有访问操作系统的行为，都只能通过系统调用完成

但是，让所有用户访问操作系统都直接系统调用吗？这样对于像我们这样的普通用户的使用成本是不是太高了？
因为要使用系统调用前提条件是你得对系统有一定了解。所以在系统调用的上层又构建出了很多用户操作接口，它包括lib（函数库如libc、libc++等等，实际就是我们平时写程序时调用的库函数）、shell外壳以及部分指令。

完整结构如下：

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如何理解“管理”？——“先描述，再组织”

我们以大学的管理为例
在大学中：

• 最典型的管理者——校长
• 最典型的被管理者——学生

我们想想，你在学校见过校长吗？亦或是说，所有的学生都见过校长吗？
管理者和被管理者是不需要见面的！
那不需要见面，校长是如何管理好所有学生的呢？
其实，只要能够得到被管理人的信息，就可以在未来进行管理决策。
管理的本质：通过对数据的管理，达到对人的管理

我们思考一下，做一件事情分为几步？
实际上完成任何一件事都要经过两个过程：

1. 决策：决定要不要做这件事或是如何做这件事
2. 执行：去做这件事情

校长管理学生，校长其实就是决策者。
那执行者是谁呢？
校长与被学生面都不见，那校长如何获取对应学生信息呢？
通过辅导员（老师），辅导员就是执行者。

举个例子，校长需要挑选3个学生代表学校参加算法大赛，于是校长喊来辅导员说：“给我挑出10个算法最优秀学生，把他们信息给我。”于是辅导员在校内举办了一场算法校赛，选拔出前10名的学生，将他们的信息交给了校长，校长拿到他们的信息后，挑出了3个人安排去参加算法大赛。

可以发现，管理者在不与被管理者见面的情况下，完成了管理。

校长如何管理学生数据？？？
成千上万个学生，难道校长一个一个找吗？
如果校长曾经是一个程序员，这可忍不了一点，他会定义一个学生类，这个类包含学生的所有属性，如姓名、学号、电话、班级、专业、绩点……。然后实例化出所有学生对象，然后用数据结构（以链表为例）将他们存储起来，最后校长只需要将这个学生链表结构管理好就可以了！

#include<list>class student
{
public://……
private:char* name;int age;//……
};list<student> stu_data;

将对学生的管理操作转化为了对链表的增删查改！

再同步到计算机的世界，我们就好理解了：

• 管理者（决策者）——操作系统
• 执行者——驱动程序
• 被管理者——软硬件资源

在操作系统中，管理任何对象，最终都可以转化为对某种数据结构的增删查改

前者定义类的过程就是描述，后者用数据结构建立模型的过程就是组织。

这里的组织又称建模，计算机只能这么做！

管理的精髓总结为六个字：先描述，再组织

其实不仅仅对于操作系统做管理是如此，我们在计算机中管理数据也是同理的，比如我们之前写的通讯录，先定义一个联系人类，类中包含联系人的所有属性，此行为是描述。之后我们用顺序表对所有联系人进行建模，此行为是组织。最后，我们管理联系人就转化为了对这个顺序表的增删查改。

在整个计算机世界中，都遵循“先描述，再组织”！

其实还不仅如此，在现实世界中也是这样的。我们思考一下，人是怎样辨别一个事情或者一个对象的？没错，都是通过属性认识的，只要当属性足够多，这个属性集合就是目标对象！

我的意思是，如果在理想情况下，我们可以列出一个对象的所有属性，则在现实世界中，也遵循“先描述，再组织”！