一、前言

? ? 最近看了一篇將Unix和Linux歷史的帖子，雖然有點(diǎn)水，但是還是放個(gè)鏈接吧花了一天時(shí)間，終于把unix、linux、ios、android區(qū)別大致聯(lián)系搞清楚，好像很復(fù)雜的，這個(gè)帖子寫(xiě)的比較口水話，但是對(duì)于了解Unix與Linux的發(fā)展與歷史還是蠻有幫助的，看了這篇帖子之后，盡管知道了Unix與Linux從無(wú)到有的過(guò)程，但是發(fā)現(xiàn)自己對(duì)操作系統(tǒng)這個(gè)東西的認(rèn)識(shí)更加模糊了，因?yàn)榍捌诖笾伦x過(guò)《深入理解計(jì)算機(jī)系統(tǒng)》和《操作系統(tǒng)》兩本書(shū)，了解過(guò)一些操作系統(tǒng)的內(nèi)容，但由于是非科班出身，有很多本質(zhì)的概念并不理解，所以這里就回顧了上面兩本書(shū)中的一些內(nèi)容，再加上網(wǎng)上的一些資料，對(duì)操作系統(tǒng)和操作系統(tǒng)內(nèi)核這兩個(gè)概念進(jìn)行了整理。

二、操作系統(tǒng)理解

? ?一句話理解操作系統(tǒng)：操作系統(tǒng)就是為用戶（使用計(jì)算機(jī)的人）提供服務(wù)，使用戶能在計(jì)算機(jī)上使用各種應(yīng)用程序（QQ、瀏覽器）來(lái)操作計(jì)算機(jī)資源（如QQ需要使用顯示器資源、用瀏覽器下載資料需要硬盤(pán)資源，同時(shí)所有這些應(yīng)用程序都需要使用CPU這個(gè)最主要的資源）。

? ? 可以從兩方面理解上面這句話，一方面從操作系統(tǒng)本身來(lái)理解。其實(shí)說(shuō)起操作系統(tǒng)這個(gè)概念，作為非科班出身的我們大多都是比較模糊的，同時(shí)感覺(jué)跟這個(gè)東西就很近，因?yàn)樵诿颗_(tái)計(jì)算機(jī)中都有一個(gè)操作系統(tǒng)，你運(yùn)行的任何應(yīng)用軟件都離不開(kāi)操作系統(tǒng)，為什么離不開(kāi)操作系統(tǒng)呢？其實(shí)說(shuō)白了，一臺(tái)計(jì)算機(jī)就是一組資源，你運(yùn)行在計(jì)算機(jī)上的應(yīng)用程序本質(zhì)上是離不開(kāi)計(jì)算機(jī)的各種資源（如處理器、內(nèi)存、I/O設(shè)備等），只是為了方便，人們就構(gòu)造了操作系統(tǒng)這種東西，因?yàn)槊恳慌_(tái)計(jì)算機(jī)的各種資源都來(lái)自不同的廠家，它們有不同的標(biāo)準(zhǔn)，有不同的差別，所以你針對(duì)某一類的I/O設(shè)備開(kāi)發(fā)的應(yīng)用程序就不能在另一臺(tái)裝有不同I/O設(shè)備的計(jì)算機(jī)上運(yùn)行，而操作系統(tǒng)就完美的消除了這種差別與無(wú)法擴(kuò)展的缺點(diǎn)，所以從邏輯上來(lái)說(shuō)，操作系統(tǒng)位于應(yīng)用程序與計(jì)算機(jī)資源的中間層

? ? 同時(shí)，作為中間層，必須要干好中間層的工作，所以總的來(lái)說(shuō)，操作系統(tǒng)有兩個(gè)基本功能：

? ? ? ? （1）防止硬件被失控的應(yīng)用程序?yàn)E用；

? ? ? ? （2）向應(yīng)用程序提供簡(jiǎn)單一致的機(jī)制來(lái)控制復(fù)雜而又通常大相徑庭的低級(jí)硬件設(shè)備

? ?另一方面，從計(jì)算機(jī)CPU（處理器）來(lái)看，操作系統(tǒng)實(shí)際上不過(guò)是一組計(jì)算機(jī)程序（可以理解成很多個(gè)應(yīng)用程序的集合，而這些應(yīng)用程序基本都是與硬件打交道的），與其他計(jì)算機(jī)程序類似（不管是你自己寫(xiě)的HelloWord小程序還是像QQ這樣的應(yīng)用程序，以及大型的服務(wù)器程序），它們都給處理器提供指令，然后處理器就執(zhí)行這些指令，完成這些程序的功能，最大的區(qū)別在于操作系統(tǒng)和其他程序的意圖不同：操作系統(tǒng)程序通過(guò)控制處理器使用其他計(jì)算機(jī)資源，并控制其他程序的執(zhí)行時(shí)機(jī)，這促使處理器完成系統(tǒng)任務(wù)的調(diào)度。但是（剛剛也說(shuō)明了，操作系統(tǒng)除了和其他程序的意圖不同，其他都一樣，所以）處理器為了做任何一件這樣的事情（指的是執(zhí)行另一個(gè)程序），都必須停止執(zhí)行操作系統(tǒng)程序，轉(zhuǎn)而去執(zhí)行其他程序（這其實(shí)是進(jìn)程切換），因?yàn)榧热徊僮飨到y(tǒng)也是一個(gè)程序（進(jìn)程），而任何處理器同時(shí)只能處理一個(gè)進(jìn)程，所以操作系統(tǒng)同樣和其他程序（進(jìn)程）一樣需要調(diào)度，只是操作系統(tǒng)是處于主動(dòng)調(diào)度的位置，而其他程序是被動(dòng)的由操作系統(tǒng)的控制來(lái)實(shí)現(xiàn)調(diào)度。

三、操作系統(tǒng)內(nèi)核

? ? 關(guān)于操作系統(tǒng)和操作系統(tǒng)內(nèi)核這兩個(gè)概念，很多人嘗試去區(qū)分與解釋，但是發(fā)現(xiàn)很難得解釋的完全（包括我自己，這里只是把我自己的理解整理出來(lái)，有什么不對(duì)的地方，希望大家批評(píng)指正，共同進(jìn)步）。

? ? 查看了一些網(wǎng)上和CS系列書(shū)籍中的關(guān)于操作系統(tǒng)內(nèi)核的概念解釋，總結(jié)之后，我的理解是：

? ? ? ? （1）操作系統(tǒng)包括操作系統(tǒng)內(nèi)核（這是必然的），也就是說(shuō)內(nèi)核程序是操作系統(tǒng)所包含的一組計(jì)算機(jī)程序中的一個(gè)子集，所以內(nèi)核程序也是一組計(jì)算機(jī)程序，而這些內(nèi)核程序是操作系統(tǒng)中最常使用基本模塊，直接與硬件打交道，主要由用于管理存儲(chǔ)器、文件、外設(shè)和系統(tǒng)資源的那些部分組成。

? ? ? ? （2）內(nèi)核程序一直占據(jù)內(nèi)存中的一段內(nèi)存，這樣處理器可以隨時(shí)調(diào)用這些內(nèi)核程序；

? ? ? ? （3）而操作系統(tǒng)除了內(nèi)核程序外，還有包括其他一些基本組件，如文本編輯器、編譯器、用來(lái)與用戶進(jìn)行交互的程序等

? ? 對(duì)于第（2）點(diǎn)，可以引入《深入理解計(jì)算機(jī)系統(tǒng)》這本書(shū)中關(guān)于“虛擬存儲(chǔ)器”（P12）解釋的一幅圖來(lái)說(shuō)明，如下：

上圖中，關(guān)于進(jìn)程的虛擬地址空間的說(shuō)明中，最上面的子區(qū)域“內(nèi)核虛擬存儲(chǔ)器”就是用來(lái)存儲(chǔ)內(nèi)核程序和數(shù)據(jù)的，這個(gè)地址空間是一個(gè)固定的結(jié)構(gòu)，所以對(duì)于每一個(gè)應(yīng)用程序（進(jìn)程）來(lái)說(shuō)，都具有同樣結(jié)構(gòu)的虛擬地址空間，這就可以保證每個(gè)進(jìn)程都能調(diào)用操作系統(tǒng)內(nèi)核程序來(lái)完成自己的功能。

? ? 下面再用一幅圖說(shuō)明操作系統(tǒng)內(nèi)核是操作系統(tǒng)的一組子程

上圖中，操作系統(tǒng)的內(nèi)核包圍硬件，同時(shí)，其外層是系統(tǒng)調(diào)用接口，這就是操作系統(tǒng)中除內(nèi)核以外的其他組件。

? ? 下面整理兩個(gè)網(wǎng)友關(guān)于操作系統(tǒng)與操作系統(tǒng)內(nèi)核的解釋，個(gè)人覺(jué)得解釋的還是比較好的：

? ? ? ? （1）內(nèi)核，是操作系統(tǒng)的基礎(chǔ)模塊，用于管理系統(tǒng)資源。例如提供對(duì)軟件層面的抽象（例如對(duì)進(jìn)程、文件系統(tǒng)、同步、內(nèi)存、網(wǎng)絡(luò)協(xié)議等對(duì)象的操作和權(quán)限控制），和對(duì)硬件訪問(wèn)的抽象（例如磁盤(pán)，顯示，網(wǎng)絡(luò)接口卡（NIC））；操作系統(tǒng)，在內(nèi)核的基礎(chǔ)上有延伸，包括了提供基礎(chǔ)服務(wù)的系統(tǒng)組件。

? ? ? ? （2）內(nèi)核，就是計(jì)算機(jī)學(xué)科意義上的操作系統(tǒng)，直接與硬件交互，提供CPU時(shí)間片管理、中斷、內(nèi)存管理、IO管理等等；一般意義上的操作系統(tǒng)包含的東西要更多一些，至少要有用戶交互的基本程序，比如一個(gè)命令行界面和基本的指令（文件遍歷、進(jìn)程管理等等），或者圖形界面的桌面和文件瀏覽器。

四、總結(jié)

? ? 總的說(shuō)來(lái)，一個(gè)操作系統(tǒng)包含了內(nèi)核（是一個(gè)提供硬件抽象層、磁盤(pán)及文件系統(tǒng)控制、多任務(wù)等功能的系統(tǒng)軟件）以及其他計(jì)算機(jī)系統(tǒng)所必須的組件（如函數(shù)庫(kù)、編譯器、調(diào)式工具、文本編輯器、網(wǎng)站服務(wù)器，以及一個(gè)Unix的使用者接口（Unix shell）等，這些都是操作系統(tǒng)的一部分，而且每一個(gè)模塊如編譯器都是一個(gè)單獨(dú)的進(jìn)程，運(yùn)行在操作系統(tǒng)中）。所以一個(gè)內(nèi)核不是一套完整的操作系統(tǒng)，拿Linux來(lái)說(shuō)，Linux這個(gè)詞本身只表示Linux內(nèi)核，但現(xiàn)在大家已經(jīng)默認(rèn)的把Linux理解成整個(gè)Linux系統(tǒng)，這是由于歷史原因造成的（具體可以看本文前言中提到的那篇文章），也就是說(shuō)人們已經(jīng)習(xí)慣了用Linux來(lái)形容整個(gè)基于Linux內(nèi)核，并且使用GNU 工程各種工具和應(yīng)用程序的操作系統(tǒng)（也被稱為GNU/Linux），而基于這些組件的Linux軟件被稱為L(zhǎng)inux發(fā)行版。一般來(lái)講，一個(gè)Linux發(fā)行版本出來(lái)包括Linux內(nèi)核之外，還包含大量的軟件（套件），比如軟件開(kāi)發(fā)工具，數(shù)據(jù)庫(kù)，Web服務(wù)器（例如Apache），X Window，桌面環(huán)境（比如GNOME和KDE），辦公套件（比如OpenOffice、org）等等。

總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的操作系统与操作系统内核的全部?jī)?nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問(wèn)題。

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