在我刚刚学习操作系统这门课，甚至学完之后，我学习的这些理论的知识，感觉始终与我们日常在用的 *nux 和windows 差别非常非常大，感觉缺少一个桥梁去真正的连通理论上的东西和真正的实物。于是我写下这篇博文，希望能使我对理论的知识与平时使用的工具产生一点点感性的 认识。
由于本文并非操作系统教材，操作系统教材中涉及到的内容我都尽量的简写，想要了解，就去读教材去吧。
进程是计算机中很成功的一个抽象，把一些可运行的代码和资源抽象成一个类似工厂的地方。有自己独立的资源，只要把CPU 给了这个进程，进程没有因为其他原因（比如请求 I/O）而阻塞，那么这个进程就运行了。
比如开机启动过程结束以后，内核开始运行，运行的就是一个进程，是内核的初始化进程，这个进程会将整个计算机为用户准备好，启动一些内核支持的服务，比如内存的分页，文件系统的识别等等。
每运行一个程序，这个程序就需要至少一个进程。
操作系统需要有一个进程调度的模块，对进程的调度进行控制，进程的调度算法很重要。
进程有三种状态：执行（正在运行）、
阻塞（缺少某些资源，比如需要写某文件，该文件正在被别人写着）、
就绪（缺 CPU，把 CPU 给了这个进程，就变成执行状态了）。
有一个数据结构记录这个进程的状态，当进程被挂起的时候，进程信息就被写入到这个数据结构中保存，等到进程重新启动的时候，这些信息重新被读出来。进程运 行需要 CPU 和内存，每个进程都有自己独立的内存空间，所以只要把 CPU 的所有寄存器的值保存起来，就可以了。这个数据结构，很多书中叫做进程控制块。
这样，有了调度算法，又有了多进程，每个进程可以干不同的事情，好像就有点操作系统大概的样子了。就拿windows来说，有的进程是负责图形化界面中的 窗口的，然后我们就能看到 windows 窗口，图形界面的布局等等，这个程序可能叫做窗口管理器。有的进程负责监控键盘和鼠标的行为，那我们就能够利用键盘和鼠标这些输入设备进行某些该系统该程 序支持的行为。
当然，由于进程间可能涉及到一些同步的问题，就会需要锁机制，需要信号量，具体内容，欲详细了解，任何一本操作系统的教材都会讲。至于更多的，创建子进程，进程间通信等等内容，也都有很多经典的书籍讲，比如 APUE。
没有输入设备，我们是没有办法操作电脑的，很典型的一个输入设备就是键盘。下面我们说说键盘。在键盘中存在一个叫键盘编码器的芯片，它的作用就是监视键盘 的输入，并把适当的数据发送给计算机。在主板上还有一个键盘控制器用来接受和解码来自键盘的数据，并于软件等通信。敲击键盘有两个方面：动作（按下、按住
放开）和内容（不同的按键）。敲击键盘会产生一个叫扫描码的编码，扫描码会被放置在输入缓冲区下。取出缓冲区的内容，就能够知道键盘输入的是什么了。貌似这就是传说中的键盘驱动。
输出设备的话，显示器就非常典型了。显示其实是一个非常复杂的部分，显示适配器可以被设置成不同的模式，用来显示更多的色彩、更华丽的图像和动画。当我们 欣赏色彩斑斓的图形界面的时候，肯定知道要从头实现它一定是不容易的。不过我知道的不多，就只能说说最基本的东西。我理解的就是，告诉计算机，从显存的哪 一个部分开始显示，显示到哪一个部分结束。显示器就会显示显存中相应的位置。那么每个显存中存的又是什么呢，在默认的情况下，屏幕上每一个字符对应的2字 节定义。第一个字节存这个字符的前景背景色，第二个字符存这个字符的 ASCII 码，按照这样的规则，显示器就能够显示出字符以及其色彩了。至于图像是怎么显示的，想要探知的读者请自己查阅资料了。有熟悉 linux 的读者可能知道，alt + ctrl + (F1 | F2 | F3) 等等 就能够切换到不同的 tty 上，这些 tty 可以显示不同的内容，其实就是读的显存中的不同的位置，然后就可以显示出不同的内容。
输入输出操作，肯定就少不了硬盘上的 I/O，其实对硬盘的控制，也有相应的端口。因为硬件厂商为了广大程序员能使用他们的设备，肯定要指定相应的标准，开发好相应的接口给人用的，像硬盘的分 区表，就存在硬盘上的固定位置，方便大家都能找到。对硬盘控制器的操作是通过 I/O 端口来进行，这段端口分为两组，分别是命令块寄存器和控制块寄存器。想要控制硬盘，只要向命令块寄存器写入正确的值，再通过控制块寄存器发送命令就可以 了。只要有了硬盘的驱动程序，使用驱动程序提供的接口，我们就能够对硬盘进行操作了。磁盘调度算法就是用在这里面的。关于硬盘的什么 MBR分区、GPT分区方式神马的，想了解的读者请查阅资料去吧。
说到文件系统的话，就是组织硬盘上各种东西的一个管理的方式。把硬盘上的各种数据，抽象出来，让用户看到各种目录结构，各种文件。有时候可以理解，文件系统就是访问数据的一种界面，当然它也包括数据向存储设备的存储等功能。
所以文件系统都会有文件的信息（比如占用哪些扇区），扇区使用情况，文件的索引，还有一些限制（比如每个目录下最多多少文件，目录深度最多多少层）等等内容。
至于说到文件嘛，大家每天都能接触到，文件类型、读写执行权限等等，像 linux 里面，设备都是文件，这里就不细说了。
至于创建文件，读写文件，系统会提供相应的系统调用接口。比如 *nux 的 open()、write()、read()、close() 系统调用。各种程序需要创建文件读写文件之类的功能，都是需要系统的支持。
内存管理首当其冲的问题就是，当一个程序开始运行，操作系统如何给这个程序分配内存。这就是内存分配方式，同样每本操作系统教材都会讲具体算法，这里就不再赘述。
由于物理内存并不是很容易管理，所以在计算机中，操作系统都将内存抽象成线性的，也就是大家常说的内存地址。根据一定的算法，就能够算出这个地址所在的物 理地址。对上层来说，内存都是线性的，容易理解多了。为了管理内存，常常都会有分页、分段等方式去管理，同样每本操作系统教材都会讲。还会讲一些当内存不 够用了之后，把内存中的某些页面置换的算法。
说到内存管理，大家肯定会想到 malloc 函数。其实 malloc 函数不正是内存分配机制的最典型的实例嘛。我记得 malloc 应该是调用的 brk() 这个系统调用的。
以前，我就很纠结，这一个个程序都是怎么开始运行的啊？直到我见到了 exec() 这个系统调用，原理大概就是创建一个进程，然后用程序的可执行代码把这个进程的东西给覆盖掉，这样执行的就是这个程序的代码啦～之后不论是这个程序继续利 用系统的接口创建子进程也好，还是自己有什么内存分配的需求，还是对硬盘有 I/O 操作，还是向终端显示，都可以做到了，因为这个操作系统支持这些功能。
有了以上提及的以及很多未能提及的功能，我们就可以基于操作系统提供的这些系统调用来实现各种各样的应 用，满足客户用户的各种各样的需求，这就是操作系统的作用。 我以前不懂操作系统这门课和我们用的操作系统到底有什么关系，随着见的多了，系统调用用的多了，慢慢有了一点点感觉。操作系统这门课讲的其实就是操作系统 的设计以及其中运用到的某些重要的算法。
很多人都说，操作系统是一个程序员的基础知识，一款软件的设计，为什么值得那么多的程序员去学习呢，甚至是本科生必修课程？我认为可能是因为所有的程序员 都会接触到，用到操作系统；也可能是因为，历代多少卓越的程序员的智慧都集中在操作系统这款软件中，我们是站在巨人的肩膀上。
参考书籍为《计算机操作系统（第三版）》与 《Orange's 一个操作系统的实现》。
本文是 iddmx 对于操作系统的一点点的见解，由于水平有限，如有偏差错误的地方，请您指正！
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转自：http://www.cnblogs.com/iddmx/p/3144187.html