摘要：電腦上的程序有很多，它們都以二進制文件的形式保存在硬盤上。文件系統(tǒng)需要一個系統(tǒng)進行統(tǒng)一管理，稱為文件管理子系統(tǒng)。的二進制文件是靜態(tài)的，稱為程序，運行起來的，是不斷進行的，稱為進程。在操作系統(tǒng)中，也有同樣的問題。

不知道你有沒有產(chǎn)生過這些疑問：

桌面上的圖標(biāo)到底是啥？憑啥我在鼠標(biāo)上一雙擊，就會出來一些不可描述的畫面？都是從哪里跑出來的？
憑什么我在鍵盤上噼里啪啦地敲，某個位置就會顯示我想要的那些字符？

電腦怎么知道我鼠標(biāo)點擊的是這個地方，又是怎么知道我要輸入的是這個地方？

我在鍵盤上點“a”，是誰在顯示器上畫出“a”這個圖像呢？

為什么我一回車，這些字符就發(fā)到遙遠的另外一臺機器上去了？

別小看“雙擊鼠標(biāo)打開聊天軟件”這樣一個簡單的操作，它幾乎涵蓋了操作系統(tǒng)的所有功能。我們就從這個熟悉的操作，來認識陌生的操作系統(tǒng)。

操作系統(tǒng)其實就像一個軟件外包，內(nèi)核就相當(dāng)于這家外包公司的老板。所以接下來請你將自己的角色切換成這家軟件外包公司的老板，設(shè)身處地地去理解操作系統(tǒng)是如何協(xié)調(diào)各種資源，幫客戶做成事情的。

今后所說的“用戶”，都是指操作系統(tǒng)的用戶，“客戶”則是指外包公司的客戶，這兩者是對應(yīng)的。

計算機的輸入設(shè)備。

用戶想要告訴計算機應(yīng)該做什么，都是通過這兩個設(shè)備。

如果是一家外包公司，怎么才能知道客戶的需求呢？你需要配備銷售、售前等角色，專門負責(zé)和客戶對接，把客戶需求拿回來，我們把這些人統(tǒng)稱為客戶對接員。你可以跟客戶說，有什么事兒都找對接員。

也就是顯示器，是計算機的輸出設(shè)備，將計算機處理用戶請求后的結(jié)果反饋給客戶。

顯示器上面顯示的東西是由顯卡控制的。

無論是顯示器還是顯卡，這里都有個“坐標(biāo)”的概念，也就是說，什么圖像在哪個坐標(biāo)，都是定義好了才畫上去的。本來在某個坐標(biāo)畫了一個鼠標(biāo)箭頭，當(dāng)接到鼠標(biāo)移動的事件之后，你應(yīng)該按相同的方向，按照一定的比例（鼠標(biāo)靈敏度），在屏幕的某個坐標(biāo)再畫一個鼠標(biāo)箭頭。

作為外包公司，當(dāng)客戶給你提了需求，不管你做還是不做，最終做成什么樣，你都需要給客戶反饋，所以你要配備交付人員，將做好的需求展示給他們看。

其實就是客戶對接員。有時候新插上一個鼠標(biāo)的時候，會彈出一個通知你安裝驅(qū)動，這就是操作系統(tǒng)這家外包公司給你配備對接人員呢。當(dāng)客戶告訴對接員需求的時候，對于操作系統(tǒng)來講，輸入設(shè)備會發(fā)送一個中斷。這個概念很好理解?？蛻艨隙ㄏＭ獍景颜谧龅氖虑槎纪Ｏ聛矸?wù)它。所以，這個時候客戶發(fā)送的需求就被稱為中斷事件（Interrupt Event）。

顯卡會有顯卡驅(qū)動，在操作系統(tǒng)中稱為輸出設(shè)備驅(qū)動，也就是上面說的交付人員。

有了客戶對接員和交付人員，外包公司就可以處理用戶“在桌面上點擊QQ圖標(biāo)”的事件了。

首先，鼠標(biāo)雙擊會觸發(fā)一個中斷，這相當(dāng)于客戶告知客戶對接員“有了新需求，需要處理一下”。你會事先把處理這種問題的方法教給客戶對接員。在操作系統(tǒng)里面就是調(diào)用中斷處理函數(shù)。操作系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)雙擊的是一個圖標(biāo)，就明白了用戶的原始訴求，準(zhǔn)備運行QQ和別人聊天。

你會發(fā)現(xiàn)，運行QQ是一件大事，因為將來的一段時間，用戶要一直和QQ進行交互。

這就相當(dāng)于你們公司接了一個大單，而不是處理零星的客戶需求，這個時候應(yīng)該多帶帶立項。一旦立了項，以后與這個項目有關(guān)的事情，都由這個項目組來處理。

立項可不能隨便立，一定要有一個項目執(zhí)行計劃書，說明這個項目打算怎么做，一步一步如何執(zhí)行，遇到什么情況應(yīng)該怎么辦等等。

換句話說，對QQ這個程序來說，它能做哪些事情，每個事情怎么做，先做啥后做啥，都已經(jīng)作為程序邏輯寫在程序里面，并且編譯成為二進制了。這個程序就相當(dāng)于項目執(zhí)行計劃書。

電腦上的程序有很多，它們都以二進制文件的形式保存在硬盤上。硬盤是個物理設(shè)備，要按照規(guī)定格式化成為文件系統(tǒng)，才能存放這些程序。文件系統(tǒng)需要一個系統(tǒng)進行統(tǒng)一管理，稱為文件管理子系統(tǒng)（File Management Subsystem）。

對于你們公司，項目立得多了，項目執(zhí)行計劃書也會很多，同樣需要有個統(tǒng)一保存文件的檔案庫，而且需要有序地管理起來。

當(dāng)你從資料庫里面拿到這個項目執(zhí)行計劃書，接下來就需要開始執(zhí)行這個項目了。項目執(zhí)行計劃書是靜態(tài)的，項目的執(zhí)行是動態(tài)的。

同理，當(dāng)操作系統(tǒng)拿到QQ的二進制執(zhí)行文件的時候，就可以運行這個文件了。

QQ的二進制文件是靜態(tài)的，稱為程序（Program），

運行起來的QQ，是不斷進行的，稱為進程（Process）。

你會發(fā)現(xiàn)，一個項目要想順暢進行，需要用到公司的各種資源，比如說蓋個公章、開個證明、申請個會議室、打印個材料等等。

這里有個兩難的權(quán)衡

資源有限，甚至是涉及機密的，不能由項目組濫取濫用

效率，咱是一個私營企業(yè)，保證項目申請資源的時候只跑一次，這樣才能比較高效。

為了平衡這一點，一方面涉及核心權(quán)限的資源，還是應(yīng)該被公司嚴格把控，審批了才能用；

另外一方面，為了提高效率，最好有個統(tǒng)一的辦事大廳，明文列出提供哪些服務(wù)，誰需要可以來申請，然后就會有回應(yīng)。

在操作系統(tǒng)中，也有同樣的問題。

例如多個進程都要往打印機上打印文件，如果隨便亂打印進程，就會出現(xiàn)同樣一張紙，第一行是A進程輸出的文字，第二行是B進程輸出的文字，全亂套了。所以，打印機的直接操作是放在操作系統(tǒng)內(nèi)核里面的，進程不能隨便操作。但是操作系統(tǒng)也提供一個辦事大廳，也就是系統(tǒng)調(diào)用（System Call）。

系統(tǒng)調(diào)用也能列出來提供哪些接口可以調(diào)用，進程有需要的時候就可以去調(diào)用。

這其中，立項是辦事大廳提供的關(guān)鍵服務(wù)之一。同樣，任何一個程序要想運行起來，就需要調(diào)用系統(tǒng)調(diào)用，創(chuàng)建進程。

一旦項目正式立項，就要開始執(zhí)行，就要成立項目組，將開發(fā)人員分配到這個項目組，按照項目執(zhí)行計劃書一步一步執(zhí)行。

為了管理這個項目，我們還需要一個項目經(jīng)理、一套項目管理流程、一個項目管理系統(tǒng)，例如程序員比較熟悉的Jira。如果項目多，可能一個開發(fā)人員需要同時執(zhí)行多個項目，這就要考驗項目經(jīng)理的調(diào)度能力了。

在操作系統(tǒng)中，進程的執(zhí)行也需要分配CPU進行執(zhí)行，也就是按照程序里面的二進制代碼一行一行地執(zhí)行。

于是，為了管理進程，我們還需要一個進程管理子系統(tǒng)（Process Management Subsystem）。如果運行的進程很多，則一個CPU會并發(fā)運行多個進程，也就需要CPU的調(diào)度能力了。

每個項目都有自己的私密資料，這些資料不能被其他項目組看到。這些資料主要是項目在執(zhí)行的過程中，產(chǎn)生的很多中間成果，例如架構(gòu)圖、流程圖。

執(zhí)行過程中，難免要在白板上或者本子上寫寫畫畫，如果不同項目的辦公空間不隔離，一方面，項目的私密性不能得到保證，A項目的細節(jié)，B項目也能看到；另一方面，項目之間會相互干擾，A項目組的人剛在白板上畫了一個架構(gòu)圖，出去上個廁所，結(jié)果B項目組的人就給擦了。

如果把不同的項目組分配到不同的會議室，就解決了這個問題。當(dāng)然會議室是有限的，需要有人管理和分配，并且需要一個會議室管理系統(tǒng)。

在操作系統(tǒng)中，不同的進程有不同的內(nèi)存空間，但是整個電腦內(nèi)存就這么點兒，所以需要統(tǒng)一的管理和分配，這就需要內(nèi)存管理子系統(tǒng)（Memory Management Subsystem）。

如果想直觀地了解QQ如何使用CPU和內(nèi)存，可以打開任務(wù)管理器，你就能看到QQ這個進程耗費的CPU和內(nèi)存。

項目執(zhí)行的時候，有了一定的成果，就要給客戶演示。例如客戶說要做個應(yīng)用，我們做出來了要給客戶看看，如果客戶說哪里需要改，可以根據(jù)客戶的需求再改，這就需要交付人員了。

QQ啟動之后，有一部分代碼會在顯示器上畫一個對話框，并且將鍵盤的焦點放在了輸入框里面。CPU根據(jù)這些指令，就會告知顯卡驅(qū)動程序，將這個對話框畫出來。

于是使用QQ的用戶就會很開心地發(fā)現(xiàn)，他能和別人開始聊天了。

當(dāng)用戶通過鍵盤噼里啪啦打字的時候，鍵盤也是輸入設(shè)備，也會觸發(fā)中斷，通知相應(yīng)的輸入設(shè)備驅(qū)動程序。

我們假設(shè)用戶輸入了一個“a”。這就像客戶提出了新的需求給客戶對接員。客戶對接員收到需求后，因為是對接這個項目的，因而就回來報告，客戶提新需求了，項目組需要處理一下。項目執(zhí)行計劃書里面一般都會有當(dāng)遇到何種需求應(yīng)該怎么做的規(guī)定，項目組就按這個規(guī)定做了，然后讓交付人員再去客戶那里演示就行了。

對于QQ來講，由于鍵盤閃啊閃的焦點在QQ這個對話框上，因而操作系統(tǒng)知道，這個事件是給這個進程的。QQ的代碼里面肯定有遇到這種事件如何處理的代碼，就會執(zhí)行。一般是記錄下客戶的輸入，并且告知顯卡驅(qū)動程序，在那個地方畫一個“a”。顯卡畫完了，客戶看到了，就覺得自己的輸入成功了。

當(dāng)用戶輸入完畢之后，回車一下，還是會通過鍵盤驅(qū)動程序告訴操作系統(tǒng)，操作系統(tǒng)還是會找到QQ，QQ會將用戶的輸入發(fā)送到網(wǎng)絡(luò)上。QQ進程是不能直接發(fā)送網(wǎng)絡(luò)包的，需要調(diào)用系統(tǒng)調(diào)用，內(nèi)核使用網(wǎng)卡驅(qū)動程序進行發(fā)送。

這就像客戶對接員接到一個需求，但是這個需求需要和其他公司溝通，這就需要依靠公司的對外合作部，對外合作部在辦事大廳有專門的窗口，非常方便。

到這里，一個外包公司大部分的職能部門都湊齊了。你可以對應(yīng)著下圖的操作系統(tǒng)內(nèi)核體系結(jié)構(gòu)，回顧一下它們是如何組成一家公司的。

QQ的運行過程，只是一個簡單的比喻。在后面的章節(jié)中，我會展開講述每個部分是怎么工作的，最后我會再將這個過程串起來，這樣你就能了解操作系統(tǒng)的全貌了。

趣談Linux操作系統(tǒng)