操作系统与shell

一、什么是操作系统

操作系统，即Operating System,OS，是内核(kernel)、shell以及一系列应用软件、驱动的集合。

OS的作用在于：

• 管理好硬件和软件，包括进程管理、文件管理、内存管理和设备管理;
• 为用户提供一个稳定的运行环境。

注：所谓管理，本质上就是描述(struct)并组织(数据结构+算法)

1、什么是kernel

内核(kernel)，是操作系统的内部核心管理程序，它向外部提供了一系列的对计算机资源进行管理的接口，即系统调用接口(System Call)。内核以外的程序统称为“外部管理程序”。

2、什么是shell

尽管已经有了功能强大的操作系统，但是直接控制OS以管理软硬件，学习成本较高，且一旦出现错误操作很可能会直接威胁内核，因此开发者们引入了shell：

shell，即外壳，是连接用户和操作系统的软件层，包裹在操作系统的外层。

shell的作用包括两方面：

• 与操作系统进行交互，接收用户的命令并将其传达给操作系统，最后进行反馈。从这一层面，shell可以看作一个==“命令行解释器”，linux中的默认命令行解释器名为"bash"==。
• shell作为用户和操作系统的中间层，起到了“保护内核”的作用。

二、System Call

为了保护内核，操作系统不相信任何用户，不允许用户越过自己来直接操作它管理的软硬件资源。

因此，操作系统向外暴露了一系列的系统调用接口(System Call)供shell和语言的库函数使用(不同语言的部分函数底层都会调用系统接口)。

补充：用户态与内核态

用户态与内核态本质是CPU的两种状态。

进程一般运行在CPU的==用户态==。在用户状态下，CPU只能执行非特权指令，这些指令不能直接访问系统资源。

但是当进程代码试图通过系统调用接口获取OS提供的服务时，OS要先将CPU切换至==内核态==，在这种状态下，CPU能够执行特权指令，从而访问到更多OS管理的资源。‘

区分用户态和内核态本质就是为了保证操作系统的安全性。

注意：从用户态切换到内核态的过程是耗时的。