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外甥上大一了，起初我还十分放心他，放心次要有两方面的起因：
- 从小始终是校草，长的太帅，会不会天天谈恋爱去了
- 放心在大学没能做好本人的布局
于是常常和他视频聊天，外甥小我没几岁，咱们常常以兄弟相称，聊起来天然谐和
从我这几次和他聊天能够看出，我的担心有些太过了
他如同从没刻意他的帅气，而是一直的空虚本人的才华，篮球打得好、街舞跳的好、还去加入各种志愿者流动
要害是最近还对计算机产生了强烈的趣味。
唉，帅就算了，还这么认真，这年轻人不讲武德啊
上周末打电话，居然问我什么是操作系统？ 为什么要有操作系统？
于是就有了这篇文章，也筹备把我外甥的计算机相关疑难全副承包了，喜爱我记得关注我 公号 龙跃十二
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什么是操作系统？
说实话很难有一个精确的定义去形容操作系统，看了多本对于操作系统的书中是这样说的。
操作系统是一个运行在内核态的软件，该软件对底层各种硬件资源做了形象和治理，并提供对立的API接口供应用程序去调用这些资源。
这句话涵盖了好几个知识点
- 操作系统是一个软件
- 操作系统软件运行在内核状态下的软件，不在用户态下，利用开发者开发的各种系统软件都是在用户态下运行的
撒是用户态，撒是内核态？你很喜爱剖根问底，这个前面再说
对各种底层硬件资源进行了形象和治理
形象了处理器、存储器、时钟、磁盘、网络接口、外设等底层硬件资源，把各种资源都形象为一个个的文件描述符
构想一下，多核状况下，多个应用程序同时应用一种资源，就会造成凌乱场面，此时操作系统就会表演一个管理者去治理这些资源的使用者。
- 提供对立对外拜访的接口
操作系统处在中间层，下面有各种零碎应用程序、开发人员、用户，上面有各种计算机硬件资源。
怎么脑海中浮现了 高低尴尬 的表情包，哈哈哈有内味了
操作系统设计者和硬件编程人员能够间接去操作硬件资源
操作系统设计者这不必解释了，都懂的，都在设计操作系统了，总不至于不能操作硬件资源吧
硬件编程人员这个大家可能略微生疏点，有一类开发人员是间接对硬件进行操作的，如果是你是学习电子信息相干业余的，应该很相熟烧程序。
大学做试验的时候龙叔就常常把写好的汇编程序或者C语言程序编译实现了间接烧到计算机硬件上，这叫烧程序。
我写的程序外面有对硬件资源进行操作，比方操作某某管脚、某个串口等等
所以没有操作系统也是能够间接操作计算机硬件资源，也是能够跑程序的
那为啥还要操作系统呢？
为什么要有操作系统？
下面曾经说了，没有操作系统是能够操作计算机硬件资源的，那为什么要有呢？
1）最晚期计算机是没有操作系统的，每次要变更一下性能，都要手动去调整硬件，费时费力。
2）随着电子管技术的倒退，各种硬件资源能够做成通用的，此时就急切需要一个操作系统去管制这些资源，每次改性能，只须要批改输出的信号即可。
3）晋升计算机的功能性和灵活性
操作系统的演变
串行解决
20世纪40-50年代，电子管技术失去了倒退，诞生了第一台电子管计算机
因为整机的集成度太低，一台计算机必须用一个大house来搁置
而且这台机器过后数百万美元的标价，价格是真的贵，个别人用不起，都是一些豪横的组织才用得起
晚期的计算机是没有操作系统的，操作人员间接和计算机硬件交互，相似上面这样
所有的操作在管制台上进行，管制台上有显示灯、触发器、输入输出设施
每次作业都须要有专门的的人员来操作，应用汇编语言写程序到纸片上，再穿孔成卡片，再将这些卡片交给专门的操作人员去操作，再破费工夫等操作后果。
计算机老本高，操作过程简单，工夫还长
人们很天然就想到缩小机器工夫的节约，于是就诞生了批处理零碎。
批处理零碎
到了20世纪50年代General Motors开发了批处理零碎，那时候被称为 监控零碎
监控零碎是常住在内存中的，他做的事件就是
- 加载用户程序到用户程序段
- 把控制权交给用户程序
- 读取用户程序指令交给处理器
- 将处理器的执行后果输入到设施
- 用户程序实现后交回控制权
- 进行下一个循环
总结一下，监控程序次要次要实现调度性能，一批作业排队期待，处理器尽可能的被充分利用，不让他有任何闲暇工夫。
监控程序很大水平上进步了处理器的利用率，缩小了处理器闲暇工夫
多道零碎
批处理零碎曾经进步了程序的利用率，但还是没最大化压迫
监控程序和用户程序须要来回切换转换控制权，这部分工夫处理器闲置
监控程序在做IO操作时，因为IO是比较慢的，磁盘读写很慢的，此时处理器须要期待
为了更好的利用处理器的计算性能，大佬们搞出了多道零碎
多道零碎就是同时加载多个用户程序，当其中一个用户程序须要IO期待时，切换到另一个不在期待IO的用户程序进行解决。
这就很好的缩小处理器资源的节约，同时进步了程序处理的效率。
多道零碎会比单道零碎简单很多，比方 所有程序都在内存中，波及到 内存治理
多个用户程序须要运行处理器先运行谁？ 这波及到 调度算法
当然 别慌乱，这些常识都会在前面的文章中讲到。
分时系统
多道零碎曾经解决了处理器资源正当且高效利用问题，然而随着计算机的倒退，人们对于计算机又有了新的需要 交互式解决。
计算机须要具备多个用户同时拜访、操作和解决用户程序，此时 分时系统 就应运而生了。
举个例子：程序A是一个十分耗费处理器资源的程序个别运行一次须要10分钟，程序B是一个简略计算程序，运行一次只须要1分钟。
在多道零碎里，只能是程序A解决完了能力解决B，然而这B等着焦急啊
于是就有了分时系统，CPU资源对用户程序是偏心的，每一个用户领有的资源是偏心的
利用上下文信息，去切换CPU执行的工夫，做到尽可能让每个用户都平等领有资源
在这个过程中，处理器的性能并没有晋升，反而会因为调度切换升高利用率，然而对用户来说进步了用户程序响应效率。
分布式系统
随机计算机的倒退，终于到了个人电脑的呈现，这时候计算机又减少了新的需要，多个计算机之间网络互连、多核利用等等
于是就诞生了分布式系统，分布式系统就是在网络的帮忙下实现实时的计算和协同解决
操作系统的体系结构
操作系统是一种系统软件，在了解这个层次结构时能够联合软件设计的层次结构。
单体零碎
整个操作系统在内核以繁多程序的形式运行
晚期MS_DOS零碎简略构造如上图所示，操作系统和应用程序以及设施驱动都能够操作硬件。
能够看进去没有很好的模块划分和拆散，这种形式的益处是任意调用都比拟高效，毛病是程序大并且简单的调用会让操作系统变得蠢笨且难以了解。
再来看看早起UNIX系统结构
能够看到晚期Unix系统结构也是无限的结构化，次要是晚期受到硬件限度
晚期思考操作系统设计的外围因素是 在最小的空间外面提供最多的性能
特地像互联网公司初期的零碎架构，全副单体利用，所有服务在一起，随着业务简单、并发减少
慢慢这种单体利用的劣势会齐全被笼罩，公司不得不进行架构降级
档次式零碎
单体构造的毛病在硬件一直倒退和用户需要激增下越来越显著
相似公司规模一直增大，晚期架构的一点点劣势越来越敌不过毛病了，不得不进行架构降级
层次化构造的准则是：每一层只能应用下一层提供的服务
最早的层次化构造零碎是Dijkstra大佬设计进去的，叫THE OS，他把整个零碎分为了6层
这种层次化构造的显著长处：
- 底层和高层 甚至于每层只有依照规定 都能够别离实现，便于裁减
- 下层的谬误不会影响上层，便于调试、性能的增删改
- 调用关系分明，下层对上层的单向依赖，防止递归调用，保障了设计和实现的正确性
- 可移植性十分好
当然也有显著的毛病：
- 零碎中所有过程的管制转移、通信等工作都交给零碎的外围去治理，代价较大
- 档次的划分和安顿，要保障不呈现双向依赖关系
微内核
微内核体现在一个微字， 怎么样来达到这个微呢？
- 通过划分零碎程序和用户程序，把所有不必要的局部移除内核，造成一个小内核
- 微内核提供最大量的过程治理、存储管理、以及通信性能
整个操作系统由两局部组成，运行在外围态的内核和运行在用户态的并且以C/S模式提供服务
Windows NT就是以这种架构形式
微内核的显著长处：
内核精美，内核提供外围性能 过程治理、存储管理、以及通信性能
面向多处理机和分布式系统，基于微内核的零碎在内核中引入了多处理机调度和管理机制，并且引入了线程，有了线程就有了并行执行，这可不得了啊。
基于C/S体系结构 微内核的工作通信机制和音讯机制采纳CS模式向用户提供服务
古代操作系统的体系结构就是微内核与档次式构造的结合体
以上就是本期的次要内容，根本答复了外甥的问题，也心愿能解答大家的纳闷。
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我是龙su，一个爱慕外甥帅气相貌的舅舅，一个半吊子架构师，咱们下期见。