大家好呀，我是大白。在这篇文章开始前，先想说一个事，最近看到有人在知乎上问，不会操作系统是否耽误他 CRUD?。我本来想立即反驳他，但是仔细想了下好像确实不耽误!不过由于近几年互联网行业越来越卷，虽然大部分程序员的实际工作都是在 CRUD，但是现在只会 CRUD 也不太行了。目前互联网行业追求的高并发、高可用、高性能的场景下还是需要你有很好的操作系统基础的，比如高性能服务端开发时，内存、进程、线程、IO 相关知识就经常用到;再比如做 SRE 也需要对操作系统有很好的理解才能排查清楚问题到底出在哪。如果你做偏内核的，更离不开了。所以，如果你想在程序员的道路上走得更远，建议还是好好学下呀!话再说重点就是如果你不希望你做出来得系统和西安一码通一样访问量一上去就崩，建议还是把基础打牢固。
Part1操作系统到底能做什么?
好了，接下来言归正传。本篇文章是操作系统课程预备知识的第二篇，文章讲下操作系统到底做了什么事情!本篇文章算是一个科普，让大家先了解操作系统是在做什么，以后详细学习各章就不会晕。
不知道大家是否还记得上一篇文章中的几个细节。计算机是如何工作的
1.CPU 每一瞬间只能执行一个进程(好吧，这个我之前没说)
2.为了加快运行速度，会把可能要用到的硬盘上的数据加载到内存。
3.计算机上的信息都是以二进制文件的形式存在硬盘上的。
这几个细节其实就隐含了操作系统主要做的事情。咱们一个个的看。
CPU每一瞬间只能执行一个进程
CPU 是计算机最重要的资源，运算速度很快，可即使 CPU 算的再快，每一瞬间也只能执行一个进程。但是我们知道目前单进程计算机已经很难满足我们对计算机使用的要求了。就比如你开着电脑一边在直播软件看 CBA，一边还要在微信上和人聊天，这时后台很多软件同时也在运行着。
为了满足并发的需求，操作系统把每个程序的运行虚拟化成进程，CPU 在一个进程上运行几十毫秒后快速切换到另一个进程，一两秒钟内就把所有进程都运行了一遍。这样就把一个 CPU 变成了多个虚拟的 CPU。注意，虚拟化是操作系统一大特性，操作系统在很多环节都用到这一特性，一会在内存管理部分也会用到。
为了虚拟化，CPU 要快速的在不同进程间切换。于是，在这一环节，操作系统要做好进程和线程的创建并且在后续运行中管理好进程和线程，并且做好进程间通信的管理。另外进程间的同步和互斥也要注意。由同步和互斥引发的死锁也要由操作系统去解决。几乎每时每刻都会产生多个进程或线程同时竞争 CPU 的现象，CPU 也要去协调。
为了加快运行速度，会把可能要用到的硬盘上的数据加载到内存。
上一篇文章讲到了，为了加快计算机运行速度，会把可能要用到的硬盘上的数据加载到内存。内存虽然读写速度快，可造价高呀，所以内存的空间都很小，一个 4G 或者 8G 的内存条就不便宜了。我们自然要想办法把内存好好利用起来。所以我们在内存管理上，要尽量做好以下几件事。
扩充内存
咱们先看下一个应用程序是如何放到内存里的。目前应用程序都是经过编译、链接和装入三步。大家在编程时都是把一个数值赋值给一个变量或者一个地址，编译程序对你的代码进行编译时也是不知道实际物理地址的，只能从 0 开始编号逻辑地址。经过链接后，装入程序会把编译产生的逻辑地址映射到内存的实际物理地址。但是这就有麻烦了，内存一共才几 G 的空间，这都是高配了，一些大的作业根本装不下呀。于是操作系统就用了虚拟内存技术把程序的一部分装入内存，而其余部分还在磁盘，用的时候再将程序调入，这就从逻辑上扩充了内存的大小。
地址变换
上面也说了，编译阶段产生的都是逻辑地址。逻辑地址也使得每个程序从自己的角度来看有一块完整的空间。这极大的简化了编程人员的工作量。当然逻辑地址和物理地址转化时的一系列操作都要麻烦操作系统了。
内存的分配和回收
这里说的内存分配回收和 c 语言用 malloc 申请一块空间然后 free 释放了不太一样。这里讲的是针对作业的内存分配。一涉及到内存分配，总会出现碎片的问题，这也是由操作系统来解决。在这里操作系统会用到段表、页表等技术。
计算机上的信息都是以二进制文件的形式存在硬盘上的
这里解释下文件的定义。文件是具有文件名的一组相关元素的合集。所以电脑上的一些应用程序(微信，QQ等)，或者一些 word或者excel表格，都可以被看做文件。操作系统为了管理文件，还要做以下几件事情。
文件存储空间管理
既然要把文件存储在硬盘上，肯定要按序存储，否则杂乱的存储会造成很多的空间碎片，其次想要取数据时也取不出来。这个时候操作系统需要找到可用的空间，然后采用合适的分配方式把文件存下来。
目录管理
既然我们把文件存了下来，我们肯定希望在我们要用的时候能快速的把文件取出来。所以我们必须用某种形式把这些文件组织起来，最有效的方式自然就是建目录。那建立目录时你要思考你时用单级目录结构、二级目录结构还是树形目录结构。还是图形目录结构。
共享文件
文件系统中的文件很可能会被不同用户使用，我们肯定不可能给每个用户准备一份同样的独立数据，太消耗空间了，自然需要文件共享。那么我们要思考用何种方式实现文件共享。我们时该用硬链接，还是软连接?
文件保护
既然文件是可以被不同用户访问的，那有的用户可能水平不太行，不小心把你重要的文件删了就芭比Q了。所以你要给他限制权限，比如只能读不能写。
上面把操纵系统比较重要的三大块内容做了一个科普。讲的比较通俗，主要想让大家了解一下操作系统做了什么。后续也会在这三大块内容上展开进行详细讲解。操作系统的设计很巧妙，大家一起学习呀。最后我仿照极客时间的《趣谈 Linux 操作系统》画了一幅 Linux操作系统的总体架构图，顺便说下我最近也学了下这个课程。我的感觉是如果你操作系统基础不太好，建议先跟我学，如果基础好的话十分建议看看这个课程呀!
