操作系统体系结构和OS
1.冯·诺依曼计算机体系
关于冯·诺伊曼系统,在这里我只是简单讲一讲,更加详细的内容可以看我的计算机组成系列。
常见的笔记本、台式机,不常见的服务器、工作站,大部分都遵守“冯·诺依曼体系”,因此该计算机体系就是现代计算机的哲学指导。
1.1.早期冯诺依曼体系

1.2.现代冯诺依曼体系

注释
1:实线为数据传输线,虚线为控制线。注释
2:这里的存储器指的是内存,因此个人觉得这个存储器不太严谨,但是碍于很多教科书都是如此书写,只能得续用。注释
3:磁盘设备其实反倒是可以理解为输出设备,因为文件数据是会写到磁盘内部的……同理磁盘也可以作为输入设备使用。注释
4:控制器的作用是响应外部事件,比如:拷贝数据到内存,实际上控制器做的很多事情都是把一个数据移动到某个位置。注释
5:输入设备到内存的步骤为input,内存到输出设备的步骤为output,也就是I/O的过程,因此程序要运行,也就必须要加载到内存中。注释
6:实际上很多的硬件设备都是具有存储数据能力的,只不过是存储量的大小不一罢了。而所谓的硬件之间进行交流,也就是利用各个硬件中的存储空间,来进行数据的拷贝/迁移。注释
7:SSD是固态硬盘,比磁盘的读写速度快,但是价格也比普通的磁盘要贵,因此有很多企业还会购买大量的磁盘来使用,减少成本(一般存储效率高的存储硬件要更贵)。注释
8:现代很多的CPU只能对内存进行读写,不能直接和外设(输入输出设备)进行数据交流。根据“木桶效应”,由于速度最慢的就是CPU和外设直接数据交互,导致整机效率降低(所以CPU一般为了高效,一般只和内存打交道)。注释
9:内存可以理解为大的缓存空间。
2.操作系统概念与定位
2.1.OS的概念
为了使计算机更好发挥每一个硬件的最大功能(更好符合冯诺依曼结构,提高硬件交互效率),现代的许多计算机内部都包含一个基本的程序集合,称为操作系统(即OS),最基本的操作系统至少应该包括:
-
内核(进程管理、内存管理、文件管理、驱动管理)
-
其他程序(函数库、
shell外壳程序等)
2.2.OS的目的
OS是一款“搞管理”的软件,主要目的是“管理硬件和软件”。和面向对象语言类似,操作系统必须“先描述被管理对象,再组织被管理对象”,进而实现:
- 和硬件交互,协调管理所有的软硬件资源
- 为用户程序(应用程序)提供一个良好的执行、开发环境
补充:在
C语言中,实际体现管理和组织时:
- 管理:使用
struct结构体来描述硬件或者软件- 组织:使用链表等高效数据结构组织
struct结构体的实例化
2.3.OS的管理
那么OS的“管理”具体的结构是怎么样的呢?下面有一张图您可以简单看一下。

补充
1:系统调用和库函数的概念
在开发角度,操作系统对外会表现为一个整体,但是会暴露自己的部分接口,供上层开发使用,这部分由操作系统提供的接口,叫做系统调用。
系统调用在使用上功能比较基础,对用户的使用要求比较高,开发者可以对部分系统调用进行适度的封装,从而形成了库(例如
C库)。有了库,就有利于上层用户或者开发者进行调用开发,也就是通过库来间接调用系统调用。补充
2:Linux内核内部有很多驱动程序,基本都是用C语言写的,也有少部分使用汇编(这部分连偏向底层的C都没有办法书写)。
上面这张图您可能只知道表面,无法知道更加深层次的细节,但是在以后的学习中,您就会逐渐体到这张图的意义。
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