1.操作系統(tǒng)管理硬件

真正操縱硬件的是操作系統(tǒng)，操作系統(tǒng)可以看成是應(yīng)用程序和硬件之間的中間層。所有的應(yīng)用程序?qū)τ布牟僮鞅仨毻ㄟ^操作系統(tǒng)來完成，這樣做的目的是：首先，防止硬件被失控的應(yīng)用程序所濫用；其次，操作系統(tǒng)提供統(tǒng)一的機(jī)制來控制這些復(fù)雜的底層硬件。

操作系統(tǒng)管理硬件

為了實(shí)現(xiàn)操作系統(tǒng)對硬件的操縱，操作系統(tǒng)引入了幾個(gè)抽象的概念。 文件是對IO設(shè)備的抽象、虛擬內(nèi)存是對內(nèi)存和磁盤IO的抽象、進(jìn)程是對處理器、內(nèi)存及IO設(shè)備的抽象 。

操作系統(tǒng)的抽象機(jī)制

2.進(jìn)程的解釋

(1).以shell命令行中執(zhí)行./hello命令為例進(jìn)行說明，最開始的時(shí)候只有shell進(jìn)程在運(yùn)行，即shell在等待命令行的輸入。

命令輸入

(2).當(dāng)通過shell進(jìn)程加載hello進(jìn)程時(shí)，shell進(jìn)程通過系統(tǒng)調(diào)用來執(zhí)行我們的請求。系統(tǒng)調(diào)用會將控制權(quán)從shell進(jìn)程傳遞給操作系統(tǒng)，操作系統(tǒng)保存shell進(jìn)程的 上下文 。然后，創(chuàng)建一個(gè)新的hello進(jìn)程及其上下文。接著，將控制權(quán)轉(zhuǎn)交給新的hello進(jìn)程。hello進(jìn)程執(zhí)行完成后，操作系統(tǒng)會恢復(fù)shell進(jìn)程的上下文，并且將控制權(quán)交給shell進(jìn)程，之后shell進(jìn)程繼續(xù)等待下一個(gè)命令的輸入。

進(jìn)程上下文切換

上下文：操作系統(tǒng)會跟蹤進(jìn)程運(yùn)行中所需要的所有狀態(tài)信息，這種狀態(tài)(例如：當(dāng)前PC和寄存器的值、內(nèi)存中的內(nèi)容等)稱為上下文。

3.線程的解釋

現(xiàn)代操作系統(tǒng)中一個(gè)進(jìn)程由多個(gè)線程組成，每個(gè)線程都運(yùn)行在進(jìn)程的上下文中，共享代碼和數(shù)據(jù)。

線程

4.虛擬內(nèi)存

操作系統(tǒng)為每個(gè)進(jìn)程提供了一個(gè)假象，即每個(gè)進(jìn)程都在獨(dú)自占用整個(gè)內(nèi)存空間。每個(gè)進(jìn)程看到的內(nèi)存都是一樣的，稱之為虛擬地址空間。

進(jìn)程的虛擬地址空間

進(jìn)程的虛擬地址空間：從下往上，地址是增大的。

第一個(gè)區(qū)域：用來存放程序的代碼和數(shù)據(jù)的，這個(gè)區(qū)域的內(nèi)容是從可執(zhí)行目標(biāo)文件中加載而來的。對所有進(jìn)程來說，代碼都是從固定的地址開始的；

第二個(gè)區(qū)域：堆heap，函數(shù)malloc所申請的地址空間就在這個(gè)堆中的，堆可以在運(yùn)行時(shí)動態(tài)的擴(kuò)展和收縮；

第三個(gè)區(qū)域：共享庫的存放區(qū)域，這個(gè)區(qū)域存放C語言的標(biāo)準(zhǔn)庫和數(shù)學(xué)庫這類共享庫的代碼和數(shù)據(jù)；

第四個(gè)區(qū)域：用戶棧，函數(shù)調(diào)用的本質(zhì)就是壓棧；

第五個(gè)區(qū)域：為內(nèi)核保留的區(qū)域，應(yīng)用程序的代碼不能讀寫這個(gè)區(qū)域的數(shù)據(jù)，也不能直接調(diào)用內(nèi)核中定義的函數(shù)，這個(gè)區(qū)域?qū)?yīng)用程序不可見；

5.文件

Linux中一切皆文件，鍵盤、鼠標(biāo)、磁盤、顯示器，甚至網(wǎng)絡(luò)這些都可以看成是文件，系統(tǒng)中所有的輸入和輸出都可以通過讀寫文件來完成。

"一切皆文件"