01 操作系统基础

Posted 2021-02-05 burnovblog

---恢复内容开始---

计算机的基本组成

 　　计算机主要要CPU与内存以及IO总线三个核心设备，加上外部设备（例如硬盘、显示器、鼠标键盘等）组成；

　　当前的计算机常见架构如下：

　　CPU：CPU包括运算器、控制器与寄存器；其中运算器为核心设备，它用来进行数据运算，控制器则是用来处理控制指令，同时为了实现线路复用技术，我们需要保存先输入进来的加数，等待被加数输入进来后进行运算，而用来存储加数的空间我叫做寄存器；

　　北桥：高速总线控制器，需要高速形成数据交换，它是用来连接内存与CPU的；【现在的架构的内存直接连接到CPU了，北桥芯片则直接连接硬盘（固态硬盘）】

　　南桥：低速总线控制器，它是用来连接IO设备的，然后在连接到北桥芯片上；

　　加电自检：我们说内存空间在计算机启动的时候是没有数据的，而计算机是如何启动的呢？在计算机启动的时候，电脑内置的Bios芯片会将一段默认代码加载到内存中，提供给CPU读取，这段代码实现的是CPU对于关联硬件设备的检测功能，比如硬盘是否正常、主板是否正常等，这个过程我们就叫做加电自检；

应用程序与CPU架构

　　程序：由指令是数据完成某些特定功能呢的代码，我就叫做程序；指令控制由CPU控制器来完成，而数据运算则由CPU运算器来完成；计算在读取数据的时候哪些数据才是这段程序需要的呢？这些都由控制器来决定；

　　CPU架构：复杂指令集：intel和AMD  以及  精简指令集：IBM和ARM；

　　intel和AMD为x86架构，而IBM则为PowerPC架构，ARM为自己的ARM架构，M68K摩托罗拉；

　　【Linux系统支持所有的CPU架构类型】

　　程序移植：我们知道，程序的运行都是依赖于硬件设备，也就是我们的CPU，而不同厂家生产的CPU架构是不一样的，这样的话，也许这个CPU上能运行的代码移植到别的厂家CPU上就运行不了了。为了避免这种情况，第一种方法就是使用汇编语言来编写程序，这种低级别语言在CPU读取上没有太多的困难，但是对于程序员而言，想要读懂就不太容易了。第二种方式则是通过CPU的微码（microcode）来解决，微码是汇编语言的一种编辑器，每个厂家为自己的CPU生产对应的微码，但是这种方式依然不能很好解决程序移植的问题，于是就出现了高级语言。

　　高级语言：高级语言通过调用系统提供的API（应用编程接口），很好的避免了程序直接和硬件打交道，这样的话，只需要系统上运行的API，或者说库文件一致，就能够支持高级语言的运行，就很好的解决了程序移植的问题；

操作系统介绍

　　我们知道程序是运行在操作系统之上的，但是操作系统本身也是一个程序，只不过，它是一种来搭载别的应用程序的一种平台而已；

常见的操作系统

　　windows系统，Linux系统，Unix：HP-UX/Solaris/aix，OS/2系统

操作系统的工作流程

jobs：计算机上完成的一个计算过程，我们叫一个作业；

之后为了提高CPU的运算你过程，我们将多个作业同时加载到CPU上进行处理，这个过程就叫做批处理；比如：job1$job2$job3，当CPU读取到$后就发现前一个作业完成，开始进行后一个作业；

多任务：为了使多个jobs同时运行，我们将CPU按照时间来区分slice，一个slice假设为5ms，则job每5ms来运行一次，此时，程序运行时间断的，所以我们需要保存现场，这个过程就由我们的进程来完成；memory和CPU一样需要分段来使用；

 

操作系统：运行在硬件上，用来管理硬件资源的一个软件；它还需要完成程序的启动终止和资源回收的过程；它说白了就是一种软件，它不负责具体的工作，而是用来协调其他软件的一种软件程序；

 

库：程序为了在各个硬件上面运行，需要调用库文件；

system call系统调用：程序需要使用硬件资源，必须通过操作系统，而操作系统提供system call的接口去调用，而system call就是内核的一种调用资源的机制；

系统调用是非常底层的东西，而具体的体现形式由程序员决定，程序员可以自己开发自己具体想要的东西，但是这很麻烦，如果你真的只是想要“馒头”，这时候就直接开发一个库，最后调用库即可；

 

shell：为人机交互接口！！！

操作系统的发展历史

早期开发操作系统初衷是实现批处理功能，而早期的批处理系统无法发挥硬件的全部功能，于是三个公司开始开发多任务多进程的系统，这三个公司为GE通用电气-BELL贝尔实验室-MIT麻省理工大学；于是在1970年的时候诞生了第一个操作系统multics系统；

系统开发完成以后，他们失去了原本的目标，于是GE和BELL退出了这个项目，其中BELL一个年轻的科学家ken thompson，他为了运行自己space travel的游戏向公司申请购买一台计算机系统，而被公司拒绝；此时，他基于DEC（美国数字设备）公司开发的PDP-7（当时最好的是PDP-11）系统开发了自己的系统，用来运行space travel，这就是我们后面的Unix系统；而DEC公司还有一个系统（vmx）我们之后再说它！

ken除了是Unix系统的发明者，他还是C语言的发明者；1973年C语言被发明，ken和他的同事Ritchie迫不及待的通过C语言重写了Unix系统；

因为对计算机行业的巨大贡献，ken获得了一年的带薪年假，在这段时间里面，他来到了加州大学伯克利分校任教；而在这个学校里面有个杰出的学生Bill Joy（SUN的创始人），他组织了BSRG，并且在ken的带领下BSRG开发了一个新的系统BSD（和Unix相近）。此时BSD商业化，开始售卖赚钱；而Unix系统的所有者BELL实验室在被Novell公司收购后也开始售卖，并由于代码相近的原因，两者之间因为版权问题，打了十年的官司，而在这十年里面，我们新的IT巨头悄悄发展起来，它就是Mircosoft；

 

1981年个人PC机的兴起为微软带了商机，他借助母亲的关系，将转轴买来的的CP/M系统敲敲打打后，也就是我们后来为人所知的DOS系统，转手卖给了IBM；此时PC机市场有着一个巨无霸，那就是jobs的苹果公司；

苹果Apple1系统基于Unix开发，要远远强于DOS系统，同时jobs在Xerox公司的PARC实验室那看到了鼠标与图形界面的开发，它从Xerox公司购买到了图形界面，而比尔盖茨则假装帮助jobs开发图形界面。而得到图形界面的比尔盖茨将自己的DOS从新开发，这就是我们的windows系统！

windows系统可以说在系统行业属于非常差的系统，经常蓝屏，比尔盖茨为了解决这个问题，推导了原本CP/M的框架从新使用了DEC的vmx系统作为底层开了一个新的系统，这就时候我们的windows NT；

十年后，当Microsoft非常强大以后，BSD和Unix停止了官司，开始发展自己的系统，其中BSD开发了FreeBSD OpenBSD NetBSD；

与此同时，Bill Joy则在这时候成立了自己的小型机系统SUN OS，也就是我们后面所知道的Solaris；SUN 2001年被oracle收购；*SUN为我们的Linux引入了CSHELL；而基于Unix系统则各个厂家开发了自己的系统例如上面说到的solaris，以及IBM的AIX和惠普的HP-Unix；

 

此时的系统市场已经高度商业化；Unix、BSD商业化以后，大学里面就无法在使用这些系统教学了，此时，荷兰大学的一个教授Andrew开发了自己系统Minix系统。

此时有个学生linus想使用Minix系统，但是想修改minix里面的一些驱动程序，所以自己开发了一个Linux系统；此时和80年代的一个stallman发起了freedom计划，也就是GNU计划，GNU is not unix；GPL宣言也由此诞生，General Public License；Emacs/gcc(GNU C Complier)也就是GNU计划提供的软件；

 

我们说此时的GNU/Linux系统只是C语言的源代码程序，而想要运行起来就必须对这些C语言程序进行编译；而为了兼容各种CPU硬件架构，这是就出现了一些第三方公司，来开发Linux的打包程序的公司：其中包括RedHat SLS Debian SUSE，他们只是将Linux的源代码进行编译，能够让Linux系统在各种硬件上面运行，这些厂家就叫做Linux的发行商；

 

GPL的发展LGPL-GLPv2-GPLv3

Apache、BSD 相对于GPL协议而言更加开放，更加自由；而Linux内核遵循的就是GPL协定；

centos：community enterprise OS 社区企业操作系统，它是社区版的红帽；

fedora：为红帽系统的个人版本；

mandriva：为红帽的图形系统；

SUSE --> Novell（netware）,OpenSUSE

Debian 它是唯一一个不受商业组织维护的操作系统

Ubuntu 基于Debian的二次发型版 mint是Ubuntu的二次发型版本

 

Linux的内核版本：www.kernel.org

RHEL：3.0 4.0 5.0 6.0 7.0 这是红帽系统的发型版本

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计算机的基本组成

 　　计算机主要要CPU与内存以及IO总线三个核心设备，加上外部设备（例如硬盘、显示器、鼠标键盘等）组成；

　　当前的计算机常见架构如下：

　　CPU：CPU包括运算器、控制器与寄存器；其中运算器为核心设备，它用来进行数据运算，控制器则是用来处理控制指令，同时为了实现线路复用技术，我们需要保存先输入进来的加数，等待被加数输入进来后进行运算，而用来存储加数的空间我叫做寄存器；

　　北桥：高速总线控制器，需要高速形成数据交换，它是用来连接内存与CPU的；【现在的架构的内存直接连接到CPU了，北桥芯片则直接连接硬盘（固态硬盘）】

　　南桥：低速总线控制器，它是用来连接IO设备的，然后在连接到北桥芯片上；

　　加电自检：我们说内存空间在计算机启动的时候是没有数据的，而计算机是如何启动的呢？在计算机启动的时候，电脑内置的BIOS芯片会将一段默认代码加载到内存中，提供给CPU读取，这段代码实现的是CPU对于关联硬件设备的检测功能，比如硬盘是否正常、主板是否正常等，这个过程我们就叫做加电自检；

应用程序与CPU架构

　　程序：由指令是数据完成某些特定功能呢的代码，我就叫做程序；指令控制由CPU控制器来完成，而数据运算则由CPU运算器来完成；计算在读取数据的时候哪些数据才是这段程序需要的呢？这些都由控制器来决定；

　　CPU架构：复杂指令集：intel和AMD  以及  精简指令集：IBM和ARM；

　　intel和AMD为x86架构，而IBM则为PowerPC架构，ARM为自己的ARM架构，M68K摩托罗拉；

　　【Linux系统支持所有的CPU架构类型】

　　程序移植：我们知道，程序的运行都是依赖于硬件设备，也就是我们的CPU，而不同厂家生产的CPU架构是不一样的，这样的话，也许这个CPU上能运行的代码移植到别的厂家CPU上就运行不了了。为了避免这种情况，第一种方法就是使用汇编语言来编写程序，这种低级别语言在CPU读取上没有太多的困难，但是对于程序员而言，想要读懂就不太容易了。第二种方式则是通过CPU的微码（microcode）来解决，微码是汇编语言的一种编辑器，每个厂家为自己的CPU生产对应的微码，但是这种方式依然不能很好解决程序移植的问题，于是就出现了高级语言。

　　高级语言：高级语言通过调用系统提供的API（应用编程接口），很好的避免了程序直接和硬件打交道，这样的话，只需要系统上运行的API，或者说库文件一致，就能够支持高级语言的运行，就很好的解决了程序移植的问题；

操作系统介绍

　　我们知道程序是运行在操作系统之上的，但是操作系统本身也是一个程序，只不过，它是一种来搭载别的应用程序的一种平台而已；

常见的操作系统

　　windows系统，Linux系统，Unix：HP-UX/Solaris/aix，OS/2系统

操作系统的工作流程

jobs：计算机上完成的一个计算过程，我们叫一个作业；

之后为了提高CPU的运算你过程，我们将多个作业同时加载到CPU上进行处理，这个过程就叫做批处理；比如：job1$job2$job3，当CPU读取到$后就发现前一个作业完成，开始进行后一个作业；

多任务：为了使多个jobs同时运行，我们将CPU按照时间来区分slice，一个slice假设为5ms，则job每5ms来运行一次，此时，程序运行时间断的，所以我们需要保存现场，这个过程就由我们的进程来完成；memory和CPU一样需要分段来使用；

 

操作系统：运行在硬件上，用来管理硬件资源的一个软件；它还需要完成程序的启动终止和资源回收的过程；它说白了就是一种软件，它不负责具体的工作，而是用来协调其他软件的一种软件程序；

 

库：程序为了在各个硬件上面运行，需要调用库文件；

system call系统调用：程序需要使用硬件资源，必须通过操作系统，而操作系统提供system call的接口去调用，而system call就是内核的一种调用资源的机制；

系统调用是非常底层的东西，而具体的体现形式由程序员决定，程序员可以自己开发自己具体想要的东西，但是这很麻烦，如果你真的只是想要“馒头”，这时候就直接开发一个库，最后调用库即可；

 　　shell：为人机交互接口！！！

操作系统的发展历史

早期开发操作系统初衷是实现批处理功能，而早期的批处理系统无法发挥硬件的全部功能，于是三个公司开始开发多任务多进程的系统，这三个公司为GE通用电气-BELL贝尔实验室-MIT麻省理工大学；于是在1970年的时候诞生了第一个操作系统multics系统；

系统开发完成以后，他们失去了原本的目标，于是GE和BELL退出了这个项目，其中BELL一个年轻的科学家ken thompson，他为了运行自己space travel的游戏向公司申请购买一台计算机系统，而被公司拒绝；此时，他基于DEC（美国数字设备）公司开发的PDP-7（当时最好的是PDP-11）系统开发了自己的系统，用来运行space travel，这就是我们后面的Unix系统；而DEC公司还有一个系统（vmx）我们之后再说它！

ken除了是Unix系统的发明者，他还是C语言的发明者；1973年C语言被发明，ken和他的同事Ritchie迫不及待的通过C语言重写了Unix系统；

因为对计算机行业的巨大贡献，ken获得了一年的带薪年假，在这段时间里面，他来到了加州大学伯克利分校任教；而在这个学校里面有个杰出的学生Bill Joy（SUN的创始人），他组织了BSRG，并且在ken的带领下BSRG开发了一个新的系统BSD（和Unix相近）。此时BSD商业化，开始售卖赚钱；而Unix系统的所有者BELL实验室在被Novell公司收购后也开始售卖，并由于代码相近的原因，两者之间因为版权问题，打了十年的官司，而在这十年里面，我们新的IT巨头悄悄发展起来，它就是Mircosoft；

1981年个人PC机的兴起为微软带了商机，他借助母亲的关系，将转轴买来的的CP/M系统敲敲打打后，也就是我们后来为人所知的DOS系统，转手卖给了IBM；此时PC机市场有着一个巨无霸，那就是jobs的苹果公司；苹果Apple1系统基于Unix开发，要远远强于DOS系统，同时jobs在Xerox公司的PARC实验室那看到了鼠标与图形界面的开发，它从Xerox公司购买到了图形界面，而比尔盖茨则假装帮助jobs开发图形界面。而得到图形界面的比尔盖茨将自己的DOS从新开发，这就是我们的windows系统！

windows系统可以说在系统行业属于非常差的系统，经常蓝屏，比尔盖茨为了解决这个问题，推导了原本CP/M的框架从新使用了DEC的vmx系统作为底层开了一个新的系统，这就时候我们的windows NT；

十年后，当Microsoft非常强大以后，BSD和Unix停止了官司，开始发展自己的系统，其中BSD开发了FreeBSD OpenBSD NetBSD；与此同时，Bill Joy则在这时候成立了自己的小型机系统SUN OS，也就是我们后面所知道的Solaris；SUN 2001年被oracle收购；*SUN为我们的Linux引入了CSHELL；而基于Unix系统则各个厂家开发了自己的系统例如上面说到的solaris，以及IBM的AIX和惠普的HP-Unix；

 此时的系统市场已经高度商业化；Unix、BSD商业化以后，大学里面就无法在使用这些系统教学了，此时，荷兰大学的一个教授Andrew开发了自己系统Minix系统。此时有个学生linus想使用Minix系统，但是想修改minix里面的一些驱动程序，所以自己开发了一个Linux系统；此时和80年代的一个stallman发起了freedom计划，也就是GNU计划，GNU is not unix；GPL宣言也由此诞生，General Public License；Emacs/gcc(GNU C Complier)也就是GNU计划提供的软件；

 我们说此时的GNU/Linux系统只是C语言的源代码程序，而想要运行起来就必须对这些C语言程序进行编译；而为了兼容各种CPU硬件架构，这是就出现了一些第三方公司，来开发Linux的打包程序的公司：其中包括RedHat SLS Debian SUSE，他们只是将Linux的源代码进行编译，能够让Linux系统在各种硬件上面运行，这些厂家就叫做Linux的发行商；

GPL的发展LGPL-GLPv2-GPLv3

Apache、BSD 相对于GPL协议而言更加开放，更加自由；而Linux内核遵循的就是GPL协定；

centos：community enterprise OS 社区企业操作系统，它是社区版的红帽；

fedora：为红帽系统的个人版本；

mandriva：为红帽的图形系统；

SUSE --> Novell（netware）,OpenSUSE

Debian 它是唯一一个不受商业组织维护的操作系统

Ubuntu 基于Debian的二次发型版 mint是Ubuntu的二次发型版本

Linux的内核版本：www.kernel.org

RHEL：3.0 4.0 5.0 6.0 7.0 这是红帽系统的发型版本