致敬操作系统.doc

向操作系统致敬 你发现它远比你玩的好 学电子信息类的人去学操作系统总是有说不完的纠结和蛋疼。但又有他们的优势，从下往上，更容易杀出一条血路来。因为硬件本来在你手里，后来被操作系统夺走了，你发现它远比你玩的好，把你的硬件性能发挥到了极致，用起来也相当的方便，甚至还给你提供了开发平台、各种接口函数，让你的开发周期也非常短。本来对你来说眼花缭乱的硬件和应用，在它的管理下，变得井井有条。它建立了一整套的硬件使用机制和各种管理办法，并且用它的自己的算法提高你的硬件使用效率。在操作系统的世界里，你唯一的信条就只能是“遵守”，因为遵守了它规定的“机制”，你就能方便得使用各种软硬件资源，硬件资源也能在他的调度下也更有效率。处处都透露这“高效率”、“便捷”。高效率是对硬件来说的，便捷是对开发和应用来说的。不同的操作系统在设计的时候制定了不同的机制，使用了不同的调度算法，提供了各式的运行库和内核函数，这就造成了系统性能的差别。你处处都在调用内核的服务，你一个click就能让一堆的硬件拼命而有序地为你工作，这比你当年用寄存器去使唤硬件要NB了不知道多少亿倍。 机制所带来的开发的便捷性。比如说，你的系统中添加了一个键盘，那么你就要按照linux规定的驱动程序编程的方式（模块编程、动态加载到内核、生成设备文件）来为键盘编写驱动程序，这样键盘就以设备文件这种方式被linux内核识别，当有程序要使用键盘时，就只需要对这个文件操作进行相应的操作就行了。（详见《简谈设备驱动》），这种机制就是linux规定的。它的好处就是将设备伪装成文件，利用统一的文件操作接口函数来驱动外部设备，屏蔽了硬件的复杂性，将驱动层清晰地剥离出来，极大地方便了上层开发。这就是linux机制带来的便捷，在这套机制的管理下，你手里的各种硬件被文件操作函数不知不觉地驱动着。 机制所带来的使用的便捷性。很多人不曾思考，如果没有操作系统的话，我应该如何使用我们的硬件？理所当然地认为windows就是操作系统，操作系统就是window，我就该这样使用电脑，电脑就应该有屏幕有键盘有鼠标，开机后有窗口，有桌面，有我的电脑，有网上邻居，有office …其实这些都不是理所当然的。只是微软的视窗操作系统做得太成功了。大家完全习惯了将它提供的用户交互界面，习惯了用它提供的开发平台和提供得各种服务。我们习惯了打开个播放器点一点就能让喇叭放出声音来，点一点就能放出电影来，打开浏览器软件就能上网，其实这个过程中，非常复杂，操作系统从桌面的鼠标click事件提取到你要操作的信息后，驱动你的声卡、喇叭、你的显卡、你的网卡等等有条不紊的工作。如何将你调用的服务完美的呈现给你就是它的工作。也是它实现管理的过程，高度屏蔽硬件。如果没有操作系统，难道你想看电影的时候，要去查显示器怎么驱动，显卡怎么用，声卡怎么用，怎么把程序下载进去，怎么把电影从硬盘调到内存再解码再发给显卡声卡…如果你能想到这个过程有多复杂，就越能知道操作系统有多NB。 机制带来的高效率。在没有操作系统的时候，程序只能单线程运行，CPU、内存等宝贵资源被独占，效率非常低，特别是系统资源越来越丰富的时候，比如从51到ARM，CPU的处理能力提高了很多倍，那么我如果再单线程的运行就非常罪过了，而且在许多时候要求实时性，多个功能程序必须并行，这就要求有CPU了，那多个程序之间怎么共享CPU，谁占用多长时间？这就要有一个进程调度算法，对！这就是内核一个主要的工作：进程调度。一开始的时候，调度的策略很简单，时间片轮转，就是每个进程都运行固定的时间，然后把CPU的控制权交给别的进程，后来发展到基于优先级的抢占式调度算法，再后来更多先进的算法出现，CPU的利用率被提到非常高的水平。很多人不明白，它是怎么实现调度的，为什么它让谁运行谁就能运行，是因为程序（任务、进程）都是有自己的堆栈的，里面存着程序指针，环境变量等程序运行信息。将这些信息出栈到CPU，程序就能继续运行（类似于中断返回），将一个程序的断点信息压栈，将另外的程序断点出栈，其实就是进程切换的过程，也就实现的CPU占有权的分配，如果切换的对象是在进程调度算法的计算下完成的，那么这个过程就是整个的进程调度。我们知道程序的执行，是先从硬盘或者flash拷贝到内存中，CPU从内存中去代码和数据来运行的，那么如果你的内存也大了，我的内存如何分配给各个运行的进程才合理呢？有没有优先级之分，谁多谁少？而且程序共享内存会不会发生危险？怎么实现程序地址空间的隔离？内存不够了怎么办？所以就需要一整套的机制来支持对内存的管理，对！这就是内核的另一个主要工作：内存管理！一般用分段、分页等方式可以解决上述的问题。 利用管理机制解决一些使用问题 如果两个程序都要使用同一个硬件资源，那怎么让他们两个共享一个资源？什么时候给谁用？就像你的千千静听