操作系統(tǒng)功能的歷史

在計(jì)算機(jī)中尚不存在操作系統(tǒng)的年代，完全沒有任何程序，因此程序員就需要編寫出處理相關(guān)的所有程序。用機(jī)器語(yǔ)言編寫程序，然后再使用開關(guān)將程序輸入，這個(gè)過(guò)程非常麻煩。于是，有人開發(fā)出僅具有 「加載」 和 「運(yùn)行功能」 的 「監(jiān)控程序」 ，這就是操作系統(tǒng)的原型。

通過(guò)事先啟動(dòng)監(jiān)控程序，程序員就可以根據(jù)需要將各種程序加載到內(nèi)存中運(yùn)行。

隨著時(shí)代的發(fā)展，人們?cè)诶?「監(jiān)控程序」 編寫程序的過(guò)程中，發(fā)現(xiàn)很多程序都有 「共通」 的部分。例如，鍵盤輸入、顯示器輸出文字等。因此，基本的 「輸入輸出」 部分的程序被追加到了監(jiān)控程序中。因此，初期的操作系統(tǒng)就應(yīng)用而生了。

初期的操作系統(tǒng) = 監(jiān)控程序 + 基本的輸入輸出程序

之后，開始有更多的功能被追加到監(jiān)控程序中。例如，硬件控制程序、語(yǔ)言處理器（匯編、編譯、解析）以及各種實(shí)用程序等。從此可知， 「操作系統(tǒng)本身并不是單獨(dú)的程序，而是多個(gè)程序的集合體」 。

意識(shí)到操作系統(tǒng)的存在

我們希望制作應(yīng)用的程序員意識(shí)到一點(diǎn)，那就是他們制作的不是硬件，而是 「利用操作系統(tǒng)功能的應(yīng)用」 。

雖然，對(duì)程序員來(lái)說(shuō)，掌握硬件的基本知識(shí)是必需的，不過(guò)，在操作系統(tǒng)誕生后，就沒有必要再編寫直接控制硬件的程序了。不過(guò)，「要想成為一個(gè)全面的程序員，有一點(diǎn)需要清楚的是，掌握基本的硬件知識(shí)，并借助操作系統(tǒng)進(jìn)行抽象化，可以大大提高編程效率。」

?在操作環(huán)境這個(gè)運(yùn)行環(huán)境下，應(yīng)用并不是直接控制硬件，而是通過(guò)操作系統(tǒng)來(lái) 「間接」 控制硬件。

?

系統(tǒng)調(diào)用和高級(jí)編程語(yǔ)言的移植性

操作系統(tǒng)的硬件控制功能，通常是通過(guò)一些小的 「函數(shù)集合」 的形式來(lái)提供的。這些函數(shù)及調(diào)用函數(shù)的行為統(tǒng)稱為系統(tǒng)調(diào)用System Call,也就是應(yīng)用對(duì)操作系統(tǒng)的功能進(jìn)行調(diào)用。

C語(yǔ)言等高級(jí)編程語(yǔ)言并不依存于特定的操作系統(tǒng)。這是因?yàn)闊o(wú)論Windows還是Linux都能使用幾乎相同的源代碼。因此， 「高級(jí)編程語(yǔ)言的機(jī)制就是，使用獨(dú)自的函數(shù)名，然后再在編譯時(shí)將其轉(zhuǎn)換成相應(yīng)操作系統(tǒng)的系統(tǒng)調(diào)用」 。

用高級(jí)編程語(yǔ)言編寫的應(yīng)用在 「編譯后」 ，就轉(zhuǎn)換成了利用系統(tǒng)調(diào)用的 「本地代碼」 。

操作系統(tǒng)和高級(jí)編程語(yǔ)言使硬件抽象化

通過(guò)使用操作系統(tǒng)提供的 「系統(tǒng)調(diào)用」 ，程序員就沒必要編寫直接控制硬件的程序了。而且，通過(guò)使用高級(jí)編程語(yǔ)言，有時(shí)甚至也無(wú)需考慮系統(tǒng)調(diào)用的存在。這是因?yàn)?「操作系統(tǒng)和高級(jí)編程語(yǔ)言能夠使硬件抽象化」 。

我們用C語(yǔ)言編寫一個(gè)往文件中寫入字符串的應(yīng)用。

#include 

void main(){
  //打開文件
  FILE *fp = fopen("MyFile.txt","w");
  
  /寫入文件
  fputs("前端柒八九",fp);
  // 關(guān)閉文件
  fclose(fp);
}

• fopen()是用來(lái)打開文件的函數(shù)
• fputs()是用來(lái)往文件中寫入字符串的函數(shù)
• fclose()是用來(lái)關(guān)閉文件的函數(shù)

在應(yīng)用被編譯運(yùn)行后，MyFile文件中就會(huì)被寫入前端柒八九字符串。

?文件是操作系統(tǒng)對(duì)磁盤媒介空間的抽象化

?

正如前面介紹過(guò)，硬件被劃分為了多個(gè)扇區(qū)，并以扇區(qū)為單位對(duì)磁盤進(jìn)行讀寫。

變量fp中被賦予的是fopen()函數(shù)的返回值。該值稱為 「文件指針」 。應(yīng)用打開文件后，操作系統(tǒng)就會(huì)自動(dòng)申請(qǐng)分配用來(lái)管理文件讀寫的內(nèi)存空間。這個(gè)內(nèi)存空間的地址可以通過(guò)fopen()函數(shù)的返回值獲得。用fopen()打開文件后，接下來(lái)就是通過(guò)指定文件指針來(lái)對(duì)文件進(jìn)行操作。

Windows 操作系統(tǒng)的特征

1. 32/64位操作系統(tǒng)
2. 通過(guò) 「API函數(shù)集」 來(lái)提供系統(tǒng)調(diào)用
3. 提供采用了圖形用戶界面Graphical User Interface的用戶界面
4. 通過(guò)WYSIWYG實(shí)現(xiàn)打印輸出
5. 提供多任務(wù)功能
6. 提供網(wǎng)絡(luò)功能及數(shù)據(jù)庫(kù)功能
7. 通過(guò) 「即插即用」 實(shí)現(xiàn)設(shè)備驅(qū)動(dòng)的自動(dòng)設(shè)定

我們來(lái)挑幾個(gè)我們比較感興趣的來(lái)簡(jiǎn)單講講。

通過(guò)WYSIWYG實(shí)現(xiàn)打印輸出

WYSIWYG是What You See Is What You Get的縮寫。翻譯成中文就是 「所見即所得」 。

WYSIWYG指的是顯示器上顯示的內(nèi)容可以直接通過(guò)打印機(jī)打印輸出。在Windows中，顯示器和打印機(jī)是被作為同等的圖形輸出設(shè)備處理的，而該功能也就為WYSIWYG的實(shí)現(xiàn)提供了條件。

借助WYSIWYG功能，基本上在同一個(gè)程序中就可以實(shí)現(xiàn)顯示和打印這兩方面的操作了。

提供多任務(wù)功能

? 「多任務(wù)」 指的是同時(shí)運(yùn)行多個(gè)程序的功能。Windows是通過(guò) 「時(shí)鐘分割」 技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)多任務(wù)功能的。

?

時(shí)鐘分割指的是在短時(shí)間間隔內(nèi)，多個(gè)程序切換運(yùn)行的方式。在用戶看來(lái)，就是多個(gè)任務(wù)在同時(shí)運(yùn)行。而Windows會(huì)自動(dòng)切換多個(gè)程序的運(yùn)行。此外，Windows還具有 「以程序中的函數(shù)為單位來(lái)進(jìn)行時(shí)鐘分割的多線程功能」 。

提供網(wǎng)絡(luò)功能及數(shù)據(jù)庫(kù)功能

Windows中，網(wǎng)絡(luò)功能是作為 「標(biāo)準(zhǔn)功能」 提供的。數(shù)據(jù)庫(kù)功能有時(shí)也會(huì)在之后進(jìn)行追加。網(wǎng)絡(luò)功能和數(shù)據(jù)庫(kù)功能，雖并不是操作系統(tǒng)本身不可欠缺的功能，但因?yàn)樗鼈兒筒僮飨到y(tǒng)很接近，所以被統(tǒng)稱為 「中間件」 而不是應(yīng)用。

?中間件的意思是處于 「操作系統(tǒng)和應(yīng)用的中間」 。

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操作系統(tǒng)和中間件合在一起，也稱為**「系統(tǒng)軟件」**

通過(guò)即插即用實(shí)現(xiàn)設(shè)備驅(qū)動(dòng)的自動(dòng)設(shè)定

即插即用Plug-and-Play指的是新的設(shè)備連接(Plug)后立刻就可以使用(Play)的機(jī)制。新的設(shè)備連接到計(jì)算機(jī)后，系統(tǒng)就會(huì)自動(dòng)安裝和設(shè)定用來(lái)控制該設(shè)備的 「設(shè)備驅(qū)動(dòng)」 程序。

設(shè)備驅(qū)動(dòng)是操作系統(tǒng)的一部分，提供了同硬件進(jìn)行基本的輸入輸出的功能。