现代操作系统

引言

现代计算机系统由一个或多个处理器、主存、磁盘、打印机、键盘、鼠标、显示器、网络接口以及各种 其他输入/输出设备组成。一般而言，现代计算机系统是一个复杂的系统。如果每位应用程序员都不得不掌 握系统所有的细节，那就不可能再编写代码了。而且，管理所有这些部件并加以优化使用，是一件挑战性极 强的工作。所以，计算机安装了一层软件，称为操作系统，它的任务是为用户程序提供一个更好、更简单、 更清晰的计算机模型，并管理刚才提到的所有这些设备。本书的主题就是操作系统。

多数读者都会对诸如Windows、Linux、FreeBSD或Mac OS X等某个操作系统有些体验，但表面现象是 会骗人的。用户与之交互的程序，基于文本的通常称为shell，而基于图标的则称为图形用户界面(Graphical User Interface，GUI)，它们实际上并不是操作系统的一部分，尽管这些程序使用操作系统来完成工作。

图1-1给出了在这里所讨论主要部件的一个简化视图。图的底部是硬件。硬件包括芯片、电路板、磁 盘、键盘、显示器以及类似的设备。在硬件的顶部是软件。多数计算机有两种运行模式:内核态和用户态。 软件中最基础的部分是操作系统，它运行在内核态(也称为管态、核心态)。在这个模式中，操作系统具有 对所有硬件的完全访问权，可以执行机器能够运行的任何指令。软件的其余部分运行在用户态下。在用户态 下，只使用了机器指令中的一个子集。特别地，那些会影响机器的控制或可进行I/O(输入/输出)操作的指 令，在用户态中的程序里是禁止的。在本书中，我们会不断地讨论内核态和用户态之间的差别。

用户接口程序，shell或者GUI，处于用户态程序中的最低层次，允许用户运行其他程序，诸如Web浏览 器、电子邮件阅读器或音乐播放器等。这些程序也大量使用操作系统。

操作系统所在的位置如图1-1所示。它运行在裸机之上，为所有其他软件提供基础的运行环境。