Linux学习笔记之操作系统

操作系统

  操作系统（英语：Operating System，缩写：OS）是一种内置的程序，用来协作计算机的各种硬件，以与用户进行交互。如 Windows 在个人电脑办公、游戏娱乐领域占据主导；macOS 凭借出色的图形处理能力受设计、影视等专业人士青睐；Linux 因稳定性和开源特性广泛应用于服务器管理与科研开发；华为鸿蒙系统聚焦于万物互联，实现跨终端设备协同，让读者快速了解各系统专长。

操作系统定义

  操作系统实际是就是一个管理软硬件资源的程序，向下而言管理底层硬件，向上而言提供方便使用的接口。

操作系统的意义与目的

  面对于不同的底层硬件例如鼠标与键盘来说，他们的底层电路设计千差万别，如果没有操作系统帮我们管理，那么我们访问鼠标或者键盘必须要懂得他们底层的电路设计与实现。但是有了操作系统之后，鼠标厂家根据OS要求，提前封装好了驱动程序，那么我们在访问鼠标与键盘的时候就可以统一使用一套标准，大大的简化了开发流程。
  有了操作系统之后，软件开发人员就不需要过于关注底层硬件的细节，只需要熟悉使用OS提供的接口即可，就可以快速的开发应用，对于用户来说就可以获得更好的体验，这就是OS的目的。

操作系统的硬件管理

  假设此时我们是某鹅公司的老板，我们要做的就是管理好公司的员工，然后给用户良好的体验。
  截至2024年的某鹅员工总数为105,506名，身为公司的CEO，我们不可能了解到每一个员工，我们只需要管理好几个主管做出决定就可以了，然后让主管管理下面的员工。我们做出的决定一定是根据公司员工的水平，以及市场行情做出来的，==也就是决策就是对于数据进行处理。==这时假如我们有一份员工的基本情况表。如下图

  此时我们公司有105,506名员工，作为老板不可能一页一页的翻看，那么相当于日阅读100万字，早上6点爬起来看到晚上都看不完。此时就可以利用计算机来处理。我们定义一个结构体person，里面有员工的信息。如下代码

// 定义员工信息结构体
struct Employee {
    int id;             // 员工编号
    char name[50];       // 员工姓名，使用字符数组存储，最多存储 49 个字符加一个'\0'结束符
    float salary;       // 员工薪水
    int age;            // 员工年龄
    struct Employee* next；//下个结点
};

  此时员工信息表就可以用单链表的方式串在了一起，假如我们要开除60以上员工，只需要遍历一遍链表找出60岁以上的员工，删除该节点即可，我们对于员工的决策就转化为了对于单链表的增删查改了。
  通过以上例子，由此我们便有了一种管理方式：先描述再组织，将想要管理的数据描述为抽象类型然后用语言描述，然后利用数据结构存储起来，我们对数据的处理就变成了数据结构的增删改查。
  其次OS对于硬件管理也是如此。先定义个device结构体变量。

// 定义设备结构体
struct Device {
    int id;             // 设备编号
    char name[50];       // 设备名称
    float price;        // 设备价格
    int quantity;       // 设备数量
    char status[20];     // 设备状态，例如 "正常"、"维修中"、"已报废" 等
    struct Device* next；
};

然后用单链表的方式组织起来，对于设备的增加删除修改，变为了对于单链表的增删改查。

操作系统的上层管理

  对于操作系统来说，他不光要对于底层硬件进行封装，==还要向上提供安全，高效的开发与使用环境。==假如把银行比做个操作系统，那么用户有存钱，取钱的操作。为了保护银行的安全，用户是不被允许进入银行内部操作的，只可以通过窗口来完成操作。如果操作系统允许开发者直接访问硬件资源，那么便可能被坏人修改其他程序的数据，从而导致操作系统崩溃，进程之间相互干扰，因此OS必定是封闭的，不允许开发者随意修改数据。

  但是OS的目的是为了给用户提供服务，就必定会开放一些窗口，给开发者使用，尽可能的减少错误出现的可能。这就是system call，但是系统提供的原始接口对于普通大众还是过于复杂了，有人就会问主播主播有没有简单又强势的操作，有的有的，于是便有了C语言标准库，Java虚拟机等用户接口，通过将系统调用再次封装从而实现开发者较为简单的使用。于是我们在C语言中便可以通过一句简单的printf就向显示屏打印文字。