os开发基础知识（1）
操作系统（Operating System, OS）
核心定义
- 操作系统是管理计算机硬件与软件资源的系统软件，充当用户、应用程序与硬件之间的桥梁，负责协调资源分配并提供标准化服务。
关键功能
资源管理
- 内存管理：分配和回收内存空间，防止程序间冲突（如内存泄漏）。
- 硬件管理：通过驱动程序控制CPU、磁盘、键盘等硬件设备。
- 文件管理：组织存储设备上的数据（如创建、删除、读写文件）。
进程与线程调度
- 决定哪些程序优先使用CPU（如时间片轮转调度）。
- 支持多任务执行（如同时运行浏览器和音乐播放器）。
安全与访问控制
- 验证用户权限（如管理员与普通用户的不同操作权限）。
- 防止恶意程序破坏系统（如内存隔离技术）。
抽象化接口
- 用户界面：提供图形界面（GUI）或命令行界面（CLI）（如Windows桌面或Linux终端）。
- 系统调用（API）：让程序无需直接操作硬件即可使用资源（如`printf()`函数底层依赖操作系统输出内容）。
常见误区
- 操作系统 ≠ 硬件：它是软件，但需依赖硬件运行（如电脑主板是硬件，Windows是操作系统）。
- 操作系统 ≠ 应用程序：它不直接提供具体功能，而是支撑应用程序运行（如Photoshop是应用程序，需依赖macOS或Windows运行）。
- 操作系统 ≠ 工具集：尽管常捆绑工具（如Linux的GNU工具），但这些工具是附加组件而非OS核心。
- 操作系统 ≠ 图形界面：GUI是操作系统的一部分，但非必需（如服务器版Linux可通过命令行操作）。
操作系统的多样性
- 单任务系统：如MS-DOS，一次只能运行一个程序。
- 多任务系统：如Windows、macOS，支持同时运行多个程序。
- 嵌入式系统：如eCOS，专为特定设备定制（如智能手表），可能无图形界面。
- 发行版差异：如Linux有Ubuntu、Debian等不同发行版，核心相同但工具和界面不同。
内核（Kernel）
核心定义
- 内核是操作系统的核心组件，直接与硬件交互，负责最底层的资源管理和任务调度。用户通常无法直接感知内核的存在，但它支撑了所有程序的运行。
核心职责
1. 硬件事件处理
- 响应中断（如键盘输入、网络数据到达），将事件传递给对应程序。
- 示例：按下键盘时，内核将按键转化为字符并存入缓冲区，供程序读取。
2. 系统调用处理
- 执行程序请求的底层操作（如打开文件、创建进程）。
- 示例：C语言的fopen()函数会触发内核的“打开文件”系统调用。
3. 抽象资源管理
- 定义进程、文件、网络连接等抽象概念，简化程序开发。
- 示例：程序读写文件时，无需关心磁盘物理位置，内核负责映射逻辑文件到存储位置。
内核与用户程序的关系
- 用户程序→ 标准库→ 内核
- 程序通过标准库（如C的glibc）调用系统功能，避免直接与内核交互。
- 示例：Java程序调用`System.out.println()`时，最终由内核控制屏幕输出。
类比理解
- 操作系统像一家公司的管理层：制定规则、分配资源、协调各部门。
- 内核像公司的核心决策层：直接处理最关键的任务（如财务、人事），其他部门（应用程序）通过它获得支持。
- 系统调用像提交申请：程序需通过固定流程（系统调用）向内核申请资源，而非直接操作硬件。