Android 深入系统完全讲解

Posted 2023-01-09 程序员入门进阶

操作系统
操作系统是一套软件，它的任务就是为上层开发的用户，提供一个更方便的开发环境，同时
让硬件连接到系统中，能够非常方便，从而提高开发速度，以及稳定可靠。

操作系统就是这么存在的。

我们理解它，可以用一个非常简单的例子，这里我们看下。

我们做一个游戏，写第一个游戏的时候，用到了一些算法，比如检测碰撞，爆炸特效，然后开发第二个游戏的时候，也要用到这些算法。

常规的做法就是复制第一个游戏的这部分代码，改动下，用在第二个游戏。

第三个游戏发现也用这块，复制是可以解决。但是后面还会出现第四个游戏，所以这时候有人提议，把这部分算法，单独拉出来，做成一个模块，方便后续的游戏引用。

操作系统也是一个模块，解决的是硬件的处理，以及对上层软件调用的适配，方便使用。

我们前面说过，出现内存的原因，一个是因为硬盘的速度问题，还有一个更为关键的是，内存是在运行当中是可以改变的。

这一块，我们在随后的链接器加载器这边来说，现在先有一个概念。记住一点，硬盘上的程序加载进入系统，被操作系统加载成一个进程，记录下来，运行。

我们操作系统主要有哪些部分组成呢？它设计了哪些模块呢？

1 设备驱动程序

这部分就是解决硬件连接进来，我们该如何加载，解析，这块学习可以去看下相关书籍。Linux操作系统和 Windows 操作系统，两边对这个设计有区别。

2 文件管理系统

设计如何读取硬盘，U 盘，对应不同的文件格式，该如何加载，读写操作。

3 进程管理

我们的 CPU 运行很快，而我们的程序加载进来，如果只有一个程序，实际上大多时候 CPU就是空闲的了。那么让它多干一些事，就是一个优化。像我们电脑上，一边看电视，一边浏览网页。

能够同时的原因是，CPU 的运行，完全能够保证让多个进程运行，我们使用的人感知不到被切换。这个如何理解？就如同魔术师把扑克牌变没，消失。

我们肉眼捕捉不到他怎么换的，所以我们就感到很神奇。CPU 的速度比这个更快，它让电视TV，和浏览器两个快速切换运行，我们肉眼感知不到，就认为同时运行了。

那么多个进程就需要管理起来，操作系统来完成这部分工作。

4 进程间通信

进程之间需要相互配合，所以需要通信，像 msg ，socket，pipe 等一系列的方法。这部分也是由操作系统提供。

5 内存管理

进程运行态的时候，是在内存中的。于是对于内存的管理，需要操作系统对实际物理内存进行管理，同时提供一套接口，让进程不需要关注实际物理内存，只需要关注虚拟内存。

这样子每个进程的访问都是虚拟内存，方便运行，真正用的内存是实际物理内存，这个管理过程，也是操作系统提供的。

之前的 DOS 就是实内存模式，同时一个单任务的。

6 中断检测，响应程序
7 创建进程，加载程序的过程
8 网络访问，绘图，播放音乐

下来我们就来说下进程的概念

进程

我们要让一个程序运行，就需要加载进入内存，而把它加载到内存，用什么来管理呢？操作系统给了一个概念，叫做进程。

进程就是程序装载进入准备阶段了，操作系统这时候根据时间片，获取到程序的入口点，开始执行。

我们的程序，在硬盘上存着，它是由什么组成的呢？程序也是一个文件，所以回到我们之前说的，文件由=文件头+内容组成。

所以程序也有程序的头，也就是约定好的一个格式。

这里，windows 上面叫做 PE，Linux 上面叫做 ELF。两个文件格式。关于这块的知识点，请参考**《加密与解密》《程序员的自我修养》**

进程主要有哪些信息呢？我们把这个叫做 PCB，进程控制块。
主要记录，进程号，进程内存申请信息，进程对应的程序位置，当前的运行状态，以及打开文件，驱动信息记录。

这里运行状态非常重要。

因为我们的 CPU 运算的相关寄存器，这里可以是 PC，SP，以及 R0 这种，都是只有一份。那么进程如果不做保存，当操作系统把这个进程切出去，要运行另一个的时候，这时候的这些寄存器就是错误的。

所以，进程切换的时候，有个动作，就是把自己使用的全局寄存器保存起来，为的是再调用回来的时候，可以恢复到正确的位置。

这个过程叫做进程间切换，而保存的过程成为保护现场。