[Linux] 操作系统 入门详解

标题：[Linux] 操作系统

@水墨不写bug

目录

一、冯 . 诺依曼体系结构

1.冯诺依曼体系结构简介 

2.对冯诺依曼体系结构的理解 

二、操作系统定位

1.为什么需要操作系统？

2.操作系统是什么？

三、系统调用和库函数 

正文开始：

一、冯 . 诺依曼体系结构

1.冯诺依曼体系结构简介 

        什么是体系结构？体系结构其实就是一套方法，是用来管理某个问题的方法策略。我们常见的计算机，比如我们身边的笔记本电脑；此外还有我们不太常见的计算机，如服务器，大部分都遵循冯诺依曼体系结构。

        其中，根据如图的分类举例如下：

2.对冯诺依曼体系结构的理解 

        我们由常识可知：CPU的速度非常快（纳秒级），输入输出设备（通常是硬盘）速度相对于CPU非常慢（毫秒级），这就导致了速度的代差，最终导致整机的效率表现为输入输出设备的效率。冯诺依曼体系的存储器的存在就是为了缓解这样的问题，存储器一般就是内存。

        你一定听说过存储金字塔：

        根据存储金字塔，我们发现内存就是在硬盘和CPU之间的 “缓解矛盾”的中间人。内存通过预加载硬盘中的数据来为高速的CPU提供运算需要的数据；同时，内存也暂时接收保存CPU运算产生的数据结果，以便提供给慢速存取的硬盘使用。内存类似于CPU和硬盘之间的一个缓冲区，这样一来，整机的速度就可以提升到接近于内存的速度了。 

具体情景：

（1）如果你通过QQ给家人发送消息，数据是如何流动的？

        其实每一步都是按照上述图片结构体系运行的：

在发送端：

        首先，我们通过输入设备（键盘）输入数据（消息），这些数据被加载到内存中，接下来，QQ信息数据通过CPU的加密，压缩处理后再次被写入内存，最后通过网卡设备发送出去。

在接收端：

        首先通过网卡设备接受到数据，随后被加载到内存中，这些数据需要通过CPU的解压缩，解码处理后再次被加载到内存中，然后存储在输出设备（硬盘）中。（因为接受的聊天消息记录不会因为关机而消失，所以可以确定接受的消息是存储在硬盘中的） 

（2）如果发送的是文件，数据又是如何流动的？ 

        首先，我们将文件拖入对话框的过程就是把文件从硬盘加载到内存的过程，接下来，文件数据通过CPU的处理后，重新写入内存，然后通过网卡设备发送出去。

        接受时，通过网卡设备接受，接下来写入内存中，通过CPU的处理后重写入内存，最终存放在硬盘中。 

二、操作系统定位

1.为什么需要操作系统？

        因为用户不善于直接操作硬件设备。你一定见过单片机吧，你能够直接在物理上操作电位的高低来直接控制单片机吗？这不太现实，然而计算机就是一个比单片机复杂的多的冯诺依曼的体系结构，如果仅仅给你几个硬件设备，你几乎无法直接控制操作这些硬件设备，更别说让它们协调起来一起工作了。

2.操作系统是什么？

        操作系统内部维护有各种各样的数据，但是操作系统不相信任何用户！但是操作系统还是要帮用户的忙，为用户管理资源，提供服务。所以，操作系统为了保证自己的数据安全，也为了保证给用户能够提供服务，操作系统以接口的方式给用户提供调用的入口，以此来获取操作系统内部的数据。

         但是你可能会有疑问，既然有系统调用，那么C语言的库函数又是什么？C语言的库与系统调用的接口又是什么关系？

三、系统调用和库函数 

        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，对用户的要求相对也比较高。所以，有心的开发者可以对部分系统调用进行适度封装，从而形成库，有了库，就很有利于更上层用户或者开发者进行二次开发。（图片来源于网络）

完~

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