Linux操作系统一

一、Linux操作系统通俗认知

假设，我们现在正在做一家外包公司，我们的目标是把这家公司做上市。其中，操作系统就是这家外包公司的老板。我们可以把这家公司的发展阶段分为以下几个阶段：

（1）初创阶段：

我们的老板（操作系统）基于现在存在的开放的营商环境（X86体系结构），创办一家外包公司（系统的启动）。

因为一开始没有其他员工，老板需要亲自接项目（实模式）。

（2）发展阶段：

公司慢慢的越做越大，项目越接越多（保护模式、多线程），为了管理各个外包项目，公司建立了 项目管理体系（进程管理）、会议室管理体系（内存管理）、文档资料管理系统（文件系统）、售前售后体系（输入输出设备管理）。

（3）壮大阶段：

公司越来越牛，开始促进内部项目的合作（进程间通信）和 与外部公司合作（网络通信）。

（4）集团化阶段：

公司的业务越来越多，会成立多家子公司（虚拟化），或者鼓励内部创业（容器化），这个时候，公司就变成了集团。

大管家的调度能力不再局限于一家公司，而是集团公司（Linux集群），从而成功上市（从单机操作系统到数据中心操作系统）。

二、如何把Linux内核当成一家外包公司的老板

操作系统其实就像一个软件外包公司，其内核就相当于这家外包公司的老板。

现在，我们用双击“QQ”，来看操作系统的全貌。其中，这里所说到的 “用户”是指操作系统的用户，“客户”是指外包公司的客户。

1、双击“QQ”这个过程，需要用到的硬件

用户对着屏幕上的“QQ”图标进行双击鼠标。

鼠标和键盘是计算机的输入设备。大部分普通用户想要告诉计算机应该做什么，都是通过这两个设备。相应的，对于一家外包公司而言，我们需要配备销售、售前等角色去专门负责和客户对接，把客户需求拿回来，我们把这些人统称为客户对接员。

屏幕（显示器，实际上面显示的东西是由显卡控制的）是计算机的输出设备。它将计算机处理用户请求后的结果展现给用户，要不然用户无法知道自己的请求是不是到达并且执行了。相应的，对于一家外包公司而言，当客户给你提了需求，不管你做还是不做，最终做成什么样，你都需要给客户一个反馈，所以你需要配备 交付人员，将做好的需求展示给客户看。

在操作系统中，输入设备驱动 其实就是 客户对接员。

例如：

新插上一个鼠标的时候，会弹出一个通知你安装驱动，这就是操作系统这家外包公司给你配备对接人员。当客户告诉对接员需求的时候，对于操作系统来讲，输入设备会发送一个中断。这其实很好理解，客户肯定是希望外包公司把正在做的事情都停下来去服务它。

所以，这个时候客户发送的需求就被称为 中断事件（Interrupt Event）。

显卡会有 显卡驱动，在操作系统中称为 输出设备驱动，也就是上面说的 交付人员。

2、从点击QQ图标，看操作系统全貌

有了 客户对接员（输入设备驱动） 和 交付人员（输出设备驱动），外包公司就可以处理用户“在桌面上点击QQ图标”的事件了

首先，鼠标双击会触发一个中断，这相当于客户告知客户对接员“有了新需求，需要处理一下”。而你会事先把处理这种问题的方法教给客户对接员，在操作系统里面就是调用中断处理函数。

运行QQ是一件大事，因为用户将来的一段时间，用户要一直和QQ进行交互。这就相当于公司接了个大单，而不是处理零星的客户需求，这个时候应该单独立项（以后这个项目相关的事情都讲由这个项目组（进程）来处理）。

立项不能随便立，一定要有一个 项目执行计划书（程序），说明这个项目打算怎么做，一步步如何执行，遇到什么情况应该如何处理等。

电脑上的程序有很多，如有道云笔记、Word程序等等，它们都是以二进制文件的形式保存在硬盘上。硬盘是一个物理设备，要按照规定格式化成为文件系统，才能存放这些程序。而文件系统需要一个系统进行统一管理，称为 文件管理子系统（File Management Subsystem）。

对于公司而言，立项多了，项目执行计划书（程序）也会很多，自然也需要有个统一保存文件的档案库进行有序的管理。当你从 档案库 拿到这个项目执行计划书（静态的），接下来就是开始执行这个项目（动态的）。

同理，当操作系统拿到 QQ 的二进制可执行文件的时候，就可以运行这个文件了。QQ 的二进制文件是静态的，称为 程序（Program），而运行起来的 QQ，是动态的，称为 进程（Process）。

3、那么公司如何立项呢？

你会发现一个项目想要顺畅进行，需要用到公司的各种资源，比如：盖公章、开证明、申请会议室、打印材料等等。

这里有个两难的权衡点：

（1）资源毕竟是有限的，甚至涉及机密的，不能由项目组滥取滥用。

（2）效率，保证项目申请资源的时候只跑一次（不需要反复跑），这样才会比较高效。

那么，公司就需要有一个统一的 办事大厅（系统调用 System Call），明文列出提供哪些服务，谁需要可以来申请，然后就会有回应。

在操作系统中，也有同样的问题，如：

多个进程都要往打印机上打印文件时，如果随便乱打印，就会出现同一张纸，第一行是A进程输出的文字，第二行是B进程输出的文字，全乱套了。所以，将打印机的直接操作放在操作系统内核里面，进程不能随便操作。但是，操作系统也提供一个办事大厅，也就是 系统调用（System Call）。

系统调用同样能列出提供哪些接口可以调用，进程有需要的时候就可以去调用。其中，立项是办事大厅提供的关键服务之一（任何一个程序想要运行起来，都需要调用系统调用，创建进程）。

4、成立项目组（进程）

一个项目立项成功后，就需要去执行，那就要成立 项目组（进程），将开发人员分配到这个项目组，按照 项目执行计划书（程序）一步一步执行。

为了管理这个项目，我们还需要一个项目经理、一套项目管理流程、一个项目管理系统。如果项目多，可能一个开发人员需要同时执行多个项目，这就要考验项目经理的调度能力了。

在操作系统中，进程的执行需要分配CPU按照程序里面的二进制代码进行执行。为了管理进程，我们还需要一个 进程管理子系统（Process Management Subsystem）。如果运行的进程很多，则一个CPU会并发运行多个进程，也就需要CPU的调度能力了。

每个项目都应该有自己的私密资料，这些资料不能被其他项目组看到。执行过程中，如果不同项目的办公空间不隔离，一方面，项目的私密性得不到保证，A项目的细节，B项目也能看到；另一方面，项目之间会相互干扰，A项目组的人刚在白板上画了一个架构图，出去上个厕所，结果B项目组的人就给擦了。

如果把不同的项目组分配到不同的会议室中，就可以解决这个问题了。当然会议室也是有限的，需要有人管理和分配，需要一个 会议室管理系统。

在操作系统中，不同进程有不同的内存空间，但是整个电脑内存就那么点，所以需要统一的管理和分配，这就需要 内存管理子系统（Memory Management Subsystem）。

当用户在QQ通过键盘键入信息发送到网络上，QQ进程不能直接发送网络包，需要调用系统调用，内核使用网卡驱动程序进行发送。

这就像客户对接员接到一个需求，但是这个需求需要和其他公司沟通，这就需要依靠公司的对外合作部，对外合作部在办事大厅有专门的窗口。