Operating-System Structures

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操作系统服务

从用户的角度来说，操作系统提供了

用户接口(或者说是用户界面UI)，包括命令行界面(CLI)以及图形化界面(GUI)
程序执行，操作系统可以将程序加载到内存中并且运行程序
I/O 操作，一个运行的程序可能会需要进行 I/O 操作来与文件或者是 I/O 设备进行交互
文件系统管理，操作系统提供对文件的操作，使得用户程序可以查看文件内容，实现文件的创建删除以及修改，并且对文件的权限进行管理
信息交换，不同的进程之间可能需要实现信息的交换
错误检测，操作系统需要知道可能出现的错误情况
1. 可能发生在 CPU 或者内存以及 I/O 设备等硬件上，也可能发生在用户程序这种软件上
2. 操作系统需要对每一种错误类型进行针对性的正确处理来保证系统的持续正确运行
3. 调试功能可以大大提高用户和程序员有效使用系统的能力
资源分配，当有多个进程同时运行时，操作系统需要对资源的分配进行合理的调度，有些资源需要特殊的调度策略，有些资源则采取请求释放的调度方式
计数，跟踪记录用户使用资源的情况
安全保护(Protection and security)，Protection 包括对操作系统的资源进行控制，Security 主要时防止来自外部的攻击，包括非法的权限、非法的 I/O 调用以及无效的访问(操作系统的安全性取决于其中最薄弱的一个环节)

CLI

CLI 允许用户直接输入命令，这些命令由内核或者系统程序实现，具有多种实现方式

GUI

GUI 是图形化页面，相对更加用户友好。一般来说需要使用鼠标、键盘和显示器等外设，通过在图形化界面上的操作来实现对操作系统的调用。

大部分操作系统同时提供 CLI 和 GUI 的操作方式

系统调用是操作系统提供的编程接口，通常通过更高级的 API 使用而不是直接使用系统调用

为什么使用 API 而不是直接使用系统调用?

一般来说，一个 API 是系统调用的集合，使用方便，如果直接使用系统调用会比较复杂

系统调用实现

每一个系统调用都有一个编号，操作系统维护一个系统调用的编号索引表。

系统调用在操作系统内核态执行，并且会返回系统调用后的状态以及可能的返回值。

使用者只需要了解如何去使用 API 以及操作系统执行之后的结果是怎样的，而不必要去关注具体的实现方式，这些系统调用的接口一般对使用者是透明的，暴露的是已经封装完成的 API 接口，而这些是通过运行时的库来实现的。

比如 c 语言中的 printf() 函数，这是已经封装好的库函数，在这个函数的内部调用了 write() 这一系统调用。

系统调用的参数传递

三种参数传递的方式

第一种方式限制传递参数的个数，但是后面两种方式没有个数的限制

系统程序提供了程序开发以及运行的便利环境，可以分为：

File manipulation：文件管理，包括创建、删除、复制、重命名等操作
Status information：维护一系列状态信息(日期、时间、可用内存空间、磁盘空间等)，还有些提供日志和调试信息，部分实现了注册表(用来存储和追踪配置信息)
File modification：创造和修改文件的文本编辑器，可用于搜索文件内容或者执行文本转化
Programming language support：编译器、汇编器、调试器以及可能提供的中断处理器
Program loading and execution：Absolute loaders, relocatable loaders, linkage editors, and overlay-loaders, debugging systems for higher-level and machine language
Communications：提供创造不同进程、用户以及电脑系统间虚拟连接的机制，允许用户间互相通信
Application programs