操作系统定义与项目预告-优快云博客

1，操作系统定义：

操作系统是管理计算机硬件与软件资源的系统软件，为用户和应用程序提供统一的接口与服务，将底层操作抽象为接口供用户及应用程序使用。它是计算机系统的核心，负责协调硬件、软件及用户之间的交互。

资源管理 操作系统管理CPU、内存、磁盘、网络等硬件资源，通过调度算法分配资源给多个应用程序。例如，多任务系统中CPU时间片的分配。

进程管理 创建、销毁进程，处理进程同步与通信。现代操作系统支持多线程，允许单个程序同时执行多个任务。

内存管理 分配和回收内存空间，实现虚拟内存机制，允许程序使用比物理内存更大的地址空间。

文件系统管理 提供文件存储、访问和组织的方法。例如，Windows的NTFS或Linux的ext4文件系统。

设备驱动与硬件抽象 通过设备驱动程序与硬件交互，为用户程序提供统一的硬件访问接口，隐藏硬件细节。

用户接口 提供命令行界面（CLI）或图形用户界面（GUI），方便用户与系统交互。例如，Windows的桌面环境或Linux的终端。

2，操作系统的类型：

单用户操作系统 一次仅支持一个用户操作，如早期的MS-DOS。

多用户操作系统 允许多个用户同时使用，如Unix或Linux服务器系统。

实时操作系统（RTOS） 严格响应时间要求，用于工业控制或航天系统。例如VxWorks。

分布式操作系统 管理多台计算机的资源，呈现为单一系统，如Google的Borg系统。

嵌入式操作系统 专为嵌入式设备设计，资源占用小。例如FreeRTOS或Android（用于移动设备）。

3，操作系统常见结构：

内核（Kernel） 操作系统的核心部分，直接与硬件交互，提供进程调度、内存管理等基础服务。分为宏内核（如Linux）和微内核（如QNX）。内核不是操作系统必须具备的结构。

系统调用（System Calls，系统API） 用户程序访问硬件资源的接口。例如，Linux的open()或write()系统调用。

// 示例：Linux系统调用写入文件
#include <unistd.h>
#include <fcntl.h>
int main() {
    int fd = open("test.txt", O_WRONLY);
    write(fd, "Hello OS", 8);
    close(fd);
    return 0;
}

Shell 命令行解释器，如Bash或Windows PowerShell、command，允许用户通过命令控制系统。

4，操作系统的设计目标：

可靠性：确保系统长时间稳定运行，避免崩溃。
高效性：优化资源使用，提升性能。
安全性：防止未授权访问，如用户权限管理。
可扩展性：支持新硬件或功能模块的添加。

5，操作系统开发预告：

我最近开始着手准备开发Honin（暂定名）操作系统，主要针对高性能需求场景，比如游戏、生产力等，由此制定了系统设计框架。目前设计为32位操作系统。

引导：

boot：负责加载Loader并且跳入执行，硬盘读写使用LBA28方式，在跳入Loader执行前关闭中断。

Loader：负责进入保护模式开启分段保护机制，并在此机制下使用LBA48方式读取内核，然后跳入内核执行。

kernel：完成有关性能和运行的的所有工作，将常用功能全部集成。

流程：

BIOS或UEFI→MBR→PBR(Boot)→Loader→Kernel→……

内核设计概述：

内核使用宏内核设计，将系统调用、内存管理、文件及IO管理、线程管理、进程管理集成，之间可以相互调用，处于0特权级。

系统调用：

为了继承Windows的大部分软件生态，系统调用分为两种。

原生系统调用：

这种调用是操作系统实现的一套独立的调用，具有原子性和便捷性（快速调用），可以快速陷入内核并进行相应处理。这将用来支持操作系统自生态的发展。

WinAPI-Map模拟调用：

这种调用是操作系统中内置的一组map程序来模拟的Windows API，用来将Windows API功能使用原生系统调用实现，并将API参数进行相应处理以适应本操作系统原生API的需求。由于这类API调用时需要经过Map程序模拟功能，因此调用处理速度相对于原生系统调用更慢。所支持的API版本号取决于内核API-Map版本。