【Linux】操作系统的基本概念 {冯诺依曼体系结构,操作系统的基本概念,系统调用及用户操作接口,shell程序}

news2024/12/26 10:53:49

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一、冯诺依曼体系结构

现代计算机设计大都遵守冯·诺依曼体系结构:

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截至目前,我们所认识的计算机,都是由一个个的硬件组件组成

  • 输入单元:包括键盘, 鼠标,扫描仪, 磁盘,网卡等

  • 存储器:内存(提高数据读写速度,降低硬件成本)

  • 中央处理器(CPU):含有运算器(算数运算,逻辑运算)和控制器(分析指令并发出相应的控制信号)等

  • 输出单元:显示器,打印机, 磁盘,网卡等

关于冯诺依曼,必须强调几点:

  • 不考虑缓存情况,这里的CPU能且只能对内存进行读写,不能直接访问外设(输入或输出设备)
  • 外设(输入或输出设备)要输入或者输出数据,也只能写入内存或者从内存中读取。
  • 一句话,所有设备都只能直接和内存打交道

二、操作系统(Operating System)

2.1 基本概念

任何计算机系统都包含一个基本的程序集合,称为操作系统(OS)。广义上,操作系统包括:

  • 内核(进程管理,内存管理,文件管理,驱动管理)

  • 其他程序(例如函数库,shell程序等等)

设计OS的目的

  1. 硬件交互,管理所有的软硬件资源
  2. 为用户程序(应用程序)提供一个良好的执行环境

操作系统如何管理软硬件

  1. 先描述:用struct结构体收录其所有的属性。(Linux内核是用C语言写的)
  2. 再组织:用链表或其他高效的数据结构将这些结构体组织起来,通过增删查改算法对软硬件进行管理。

定位
在整个计算机软硬件架构中,操作系统的定位是:一款纯正的“搞管理”的软件


2.2 系统调用及用户操作接口

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系统调用

  • 在开发角度,操作系统对外会表现为一个整体,但是会暴露自己的部分接口,供上层开发使用,这部分由操作系统提供的接口,叫做系统调用(system call)
  • 系统调用在使用上功能比较基础,对用户的要求相对也比较高,所以,有心的开发者可以对部分系统调用进行适度封装,从而形成库和shell程序。

提示:Linux内核是使用C语言写的,system call实际上就是用C语言写的函数。

用户调用接口

  • 为了方便基本操作,将部分系统调用封装成shell程序或图形用户界面,使用户通过简单的指令或动作就可以对计算机的软硬件进行操作。
  • 为了方便编程开发对部分系统调用进行适度封装,从而形成,有了库,就很有利于更上层用户或者开发者进行二次开发。

2.3 shell——命令行解释器

外壳程序

  • Linux严格意义上说的是一个操作系统,我们称之为“核心(kernel)“ ,但我们一般用户,不能直接使用kernel。而是通过kernel的“外壳”程序,也就是所谓的shell,来与kernel沟通。
  • Windows系统也同样由 内核 + 外壳程序(Windows GUI) 构成。对比windows GUI,我们操作windows 不是直接操作windows内核,而是通过图形接口(GUI),进行移动鼠标点击等动作,从而完成我们的操作(比如进入D盘的操作,我们通常是双击D盘盘符.或者运行起来一个应用程序)。
  • shell 对于Linux,有相同的作用,主要是对我们的指令进行解析,解析指令给Linux内核。内核运行出结果再通过shell解析给用户。

广义上,Linux系统 = Linux内核(kernel)+外壳程序(shell)
狭义上,Linux系统 = Linux内核(kernel)

命令行解释器:shell
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在Linux系统中接受用户输入并显示运行结果的程序是shell。shell即命令行解释器是Linux操作系统的外壳程序,他的功能如下:

  1. 传递请求,让内核执行命令;将内核处理的结果翻译给使用者。
  2. 保护内核
  3. 创建子进程来执行具有风险的事情。

centos系统中的命令行解释器:bash

  1. shell是命令行解释器的统称,而bash只是其中之一。
  2. bash本身在系统中就是一个进程。

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