1.操作系統(tǒng)管理硬件

真正操縱硬件的是操作系統(tǒng)，操作系統(tǒng)可以看成是應用程序和硬件之間的中間層。所有的應用程序對硬件的操作必須通過操作系統(tǒng)來完成，這樣做的目的是：首先，防止硬件被失控的應用程序所濫用；其次，操作系統(tǒng)提供統(tǒng)一的機制來控制這些復雜的底層硬件。

操作系統(tǒng)管理硬件

為了實現(xiàn)操作系統(tǒng)對硬件的操縱，操作系統(tǒng)引入了幾個抽象的概念。 文件是對IO設備的抽象、虛擬內存是對內存和磁盤IO的抽象、進程是對處理器、內存及IO設備的抽象 。

操作系統(tǒng)的抽象機制

2.進程的解釋

(1).以shell命令行中執(zhí)行./hello命令為例進行說明，最開始的時候只有shell進程在運行，即shell在等待命令行的輸入。

命令輸入

(2).當通過shell進程加載hello進程時，shell進程通過系統(tǒng)調用來執(zhí)行我們的請求。系統(tǒng)調用會將控制權從shell進程傳遞給操作系統(tǒng)，操作系統(tǒng)保存shell進程的 上下文 。然后，創(chuàng)建一個新的hello進程及其上下文。接著，將控制權轉交給新的hello進程。hello進程執(zhí)行完成后，操作系統(tǒng)會恢復shell進程的上下文，并且將控制權交給shell進程，之后shell進程繼續(xù)等待下一個命令的輸入。

進程上下文切換

上下文：操作系統(tǒng)會跟蹤進程運行中所需要的所有狀態(tài)信息，這種狀態(tài)(例如：當前PC和寄存器的值、內存中的內容等)稱為上下文。

3.線程的解釋

現(xiàn)代操作系統(tǒng)中一個進程由多個線程組成，每個線程都運行在進程的上下文中，共享代碼和數(shù)據(jù)。

線程

4.虛擬內存

操作系統(tǒng)為每個進程提供了一個假象，即每個進程都在獨自占用整個內存空間。每個進程看到的內存都是一樣的，稱之為虛擬地址空間。

進程的虛擬地址空間

進程的虛擬地址空間：從下往上，地址是增大的。

第一個區(qū)域：用來存放程序的代碼和數(shù)據(jù)的，這個區(qū)域的內容是從可執(zhí)行目標文件中加載而來的。對所有進程來說，代碼都是從固定的地址開始的；

第二個區(qū)域：堆heap，函數(shù)malloc所申請的地址空間就在這個堆中的，堆可以在運行時動態(tài)的擴展和收縮；

第三個區(qū)域：共享庫的存放區(qū)域，這個區(qū)域存放C語言的標準庫和數(shù)學庫這類共享庫的代碼和數(shù)據(jù)；

第四個區(qū)域：用戶棧，函數(shù)調用的本質就是壓棧；

第五個區(qū)域：為內核保留的區(qū)域，應用程序的代碼不能讀寫這個區(qū)域的數(shù)據(jù)，也不能直接調用內核中定義的函數(shù)，這個區(qū)域對應用程序不可見；

5.文件

Linux中一切皆文件，鍵盤、鼠標、磁盤、顯示器，甚至網(wǎng)絡這些都可以看成是文件，系統(tǒng)中所有的輸入和輸出都可以通過讀寫文件來完成。

"一切皆文件"