大家好，今天我给大家带来的是操作系统原理课的第一讲——操作系统概述。
在这一讲里头，我们将学习以下这些内容：首先我们通过一个程序的执行过程来看一下，操作系统做了什么，然后我们介绍操作系统的定义和它的作用。
操作系统是一个软件，那么相对于其它的软件它有哪些特征呢？有哪些特点呢？另外我们介绍一些典型的操作系统架构，通过介绍Windows、 Unix和Linux操作系统的架构，让我们有一个感性的认识，看一看操作系统都有哪些功能，它们之间有哪些关联，最后我们介绍一下操作系统的分类。
首先我们先看一下，操作系统做了什么，这是一个 简单的C语言程序hello world 。我们想通过这个程序的执行过程，来看一下操作系统对这个程序的执行过程有哪些支持，我们先来看一下程序：这个程序里头主要功能是调用了一个puts()函数，它的作用是在标准的输出设备上，也就是我们说的显示器上，显示字符串"hello world" 好下面我们来看一下这个程序的执行过程。首先我们要启动程序执行，用户要告诉操作系统，执行hello world程序。大家可以想一想，有哪些方式 可以告诉操作系统要执行某个程序。比如说，我们可以在命令行键入相应的命令；我们也可以通过鼠标双击hello world程序的图标。通常告诉操作系统执行一个程序的方法不止一个，操作系统接到了用户的请求之后就会根据用户提供的文件名 到磁盘上找到这个程序的相关信息。找到信息之后，会去检查这个程序是不是一个可执行文件，因为有的时候我们的一个文件它不是可执行文件，那么操作系统就不能执行这个文件
就会去报错，那么如果是一个可执行文件，操作系统才能正确地执行。在检查完类型之后，操作系统会根据程序首部信息来确定代码和数据在这个可执行文件当中的位置，并计算出它相应的磁盘块地址。关于可执行文件，有哪些常见的格式呢，大家可以去查一下相关的资料。那么我们知道Windows操作系统下，可执行文件的格式呢是PE格式；在Linux操作系统下，可执行文件的格式呢是ELF格式。
为了执行这个hello world程序，操作系统首先要创建一个新的进程，并将hello world程序的可执行文件格式映射到该进程结构，表示由该进程来执行这个hello world程序，做完了这件事情，操作系统就把控制权交给了调度程序，我们假设调度程序正好选中了hello world程序，那么由操作系统为这个hello world程序设置CPU上下文环境，并跳到程序的开始之处准备执行这条这个程序，那么下一个指令周期就是执行hello world程序了。hello world程序执行的时候，当执行第一条指令的时候会发生什么事情呢？实际上就是发生了 缺页异常，那么为什么呢？因为我们知道，程序在执行的时候，先要把程序的代码和数据读入内存CPU才能去执行，但是hello world程序的代码和数据还没有读入内存呢，所以这个时候呢，硬件机制就会捕获出缺页异常，并且把控制权交给操作系统。操作系统管理了计算机系统中的内存，有很多的内存，比如说，我们说有页式存储管理方案的话，那么内存就有很多很多的物理页面，操作系统的内存管理模块，就会分配一页空闲的物理内存，并且根据前面计算出的磁盘块地址，把hello world程序的代码读入内存 从磁盘读入内存，然后继续执行hllo world程序，有的时候程序很大，一页内存还不够，因此在这个执行过程中会多次地产生缺页异常，然后去到磁盘读入程序到内存，这个过程会有多次。
下面hello world程序执行puts()函数 那么puts()函数的作用，是在标准的输出设备上显示字符串，那么这个标准输出设备，通常就是我们的显示器或者说屏幕。那么puts()函数呢，它实际上呢是一个系统调用，是由操作系统来完成这个功能，所以控制权又转回到操作系统，操作系统找到要将字符串送到哪一个显示设备？那么通常这个设备呢是由一个进程控制的，所以操作系统把要写的字符串实际上是送给了这个进程。那么控制设备的进程，会告诉设备的窗口系统，它要显示字符串，窗口系统确定这是一个合法的操作，然后将字符串转换为像素，把像素写入设备的存储映像区。以下就是视频硬件的工作，视频硬件将像素，转换成显示器可以接收的一组控制信号或数据信号，那么显示器再去解释这个信号，激发液晶屏，其结果，OK，我们在 屏幕上就看到了字符串"hello world" 那么以上就是一个，非常简单的程序的一个执行过程。
从启动到执行，到结束。从这个过程当中，我们得到什么结论呢？我们看到，在CPU上执行一个用户程序，这个用户程序会不时地去请求操作系统的服务，因此在CPU上，时而运行的是用户程序，时而呢，是操作系统程序在运行，我们来看一下hello world程序，在执行的时候呢，需要操作系统来创建进程，因此呢转到操作系统创建进程，进程创建完了以后呢，那么从操作系统返回，那么接着执行这个hello world程序，那么出现了缺页异常以后呢，控制权又转回了操作系统，操作系统呢分配物理内存，给这个用户程序，然后呢又转向用户程序接着执行，然后hello world程序又要去执行puts()函数，又转向了操作系统。那么这是从用户程序，在执行过程中，不断请求操作系统服务这个角度来看程序执行的过程，如果我们从另外一个角度来看用户程序的执行呢？实际上呢，是操作系统在执行过程中呢，如果选中了一个程序，那么就去通过调度选中这个程序，去执行这个程序 程序执行过程中呢，会不断地去陷入操作系统，由操作系统完成一些服务，然后再通过调度再选中程序，接着执行，实际上是这样一个过程。
那么 从上面的介绍过程，我们看到在一个程序的执行过程中，操作系统负责了这个程序的启动过程，负责了这个程序执行的过程，同时在执行的过程中，不断地去为用户程序的执行 提供各种各样的支持。
Reference：北京大学陈向群老师操作系统原理课程
Notice：如有侵权，请告知我，我会删除，谢谢！