学习操作系统之前
# 0.学习操作系统之前
在深入学习操作系统之前，我们先聊聊以下几点内容
- 学操作系统之前的知识储备
- 什么是操作系统（what？）
- 为什么要学习操作系统（why？）
- 怎么学习操作系统（how？）
# 学操作系统之前的知识储备
在学习操作系统之前，最好有以下的知识储备，不然学起来有一点点吃力。如果完全没基础的话，基本上是很难学习下去的。
- 数字电路（学习计算机组成原理之前的知识储备）
- 计算机组成原理（知道什么是CPU，CPU是干嘛用的，怎么运行起来的）
- C语言（操作系统主要由C语言实现，了解基本语法和指针）
- 汇编（学习操作系统对汇编的要求很高，个人认为学完《汇编语言-王爽著》就差不多了）
# 什么是操作系统
在讲什么是操作系统之前，我们先看看为什么会有操作系统，以此来理解操作系统的作用。
在计算机发展简史里我们可以知道，人们对计算的需求越来越大，计算的数据量也越来越高，因此人们发明了计算机，并不断提高计算机的性能，如今人们的生活越来越离不开计算机了。
那么，计算机是怎么构成的呢？根据计组里学的冯诺依曼结构，我们可以知道计算机由控制器，运算器，存储器，输入和输出设备组成。
如今，计算机已经包含了很多外设，例如键盘，鼠标，显示器等，如下：
计算机能帮助我们解决实际的问题，比如在早期用于战争时期的弹道计算，再比如如今我们用的PPT，浏览器，导航软件等等。
我们先来看一个最简单的例子：在屏幕上输出一个HelloWorld。怎么实现呢？我们要通过发送指令给CPU，让CPU执行。假设HelloWorld已经在内存里了，地址为300，那么首先是将H的ASCII码放到显存里（假设地址是77），那么显示器上就会显示一个字符H；下一步就是 显示字符 ‘e’，再下一步就是显示字符 ‘l’。所以输出HelloWorld，就得一个一个的，慢慢地放到显存上。这样，计算机就帮我们解决了一个问题：显示指定的字符串（这里需是汇编的知识）
我们思考一下，上述过程是不是太麻烦了？明明我们用C语言的话，我们只需一行代码就能解决：
printf("HelloWorld")
那么，为什么C语言就能直接调用printf，不用操作硬件？因为操作系统帮我们操作了硬件。也就是说有了操作系统后，再使用计算机硬件就变得很简单。这就是为什么会有操作系统。
我们可以给操作系统下个简单的定义：在计算机硬件之上，封装了一层软件，使计算机使用起来更方便。这就是操作系统。
| 应用软件（我们平常使用的程序，浏览器，Word等） |
|---|
| 操作系统（Windows，Linux等） |
| 计算机硬件（CPU，内存，显卡等） |
人们把只有计算机硬件的部分叫做裸机，（比如刚刚看到的CPU，内存条，显卡，显示器等），给裸机穿上衣服，使用起来就容易了
那么，计算机管理哪些硬件呢？如下：
- CPU管理
- 内存管理
- 终端管理
- 磁盘管理
- 文件管理
- 网络管理
- 电源管理
- 多核CPU管理
后面三个暂且不表，我们先学习前面5个，这几个部分就是一台计算机必须的5个基本组成部分。一旦学完了这些部分，那么一台单CPU的操作系统是怎么工作的，我们就知道的七七八八了，后续再延伸学习网络管理和多核CPU管理就更容易。
# 为什么要学习操作系统
身为这个行业的一员，操作系统是计算机最关键的一项技术了，如果我们只知道怎么使用操作系统，而不理解其内部的运作原理，是谈不上掌握这门关键技术的。
另一方面，我们出来社会上同其他人竞争，其他人是怎么学习操作系统的呢？比如斯坦福大学，他们是会做4个实验，会改动到操作系统里4个非常关键的部分，如果我们只知道一点皮毛的原理，是根本改动不了的。
而CMU（卡内基梅隆大学）更狠，直接从硬件上做一个系统出来，但只有经过这样的训练，在计算机行业中才能堪当大任。
虽然我们并不是打算比他们更狠，至少我们应该接近他们。
# 怎么学习操作系统
学习操作系统，有很多个层次。我们可以学习应用软件和操作系统之间的那一层，这也是很多同学学习的层次，比如知道有那些接口，怎么使用。但这样我们就只是知道一点皮毛，根本进不去操作系统。
而本课程要做到的：是从接口深入进去，知道其内部是怎么运作的，比如printf是怎么实现的？进程是什么？知道这个后，我们至少可以扩充操作系统，能改动操作系统，也为编写一个操作系统打基础。
而有的学校更狠，从硬件上配一个操作系统（例如CMU），这个要求是非常高的。
我们尽量集中在改造操作系统上，知道背后发生了什么事，而不仅仅知道其原理，跟要知道怎么用代码实现。本课程有8个实验认真做完后才算 真正地有改造操作系统的能力了。这里也借鉴斯坦福的一句话：Learn OS concepts by coding them!
操作系统不简单，我们要阅读大量代码，撰写大量代码，不仅要知道代码，还要知道其背后原理；还要根据原理，能想到代码，两方面来回切换，对编程能力和抽象能力要求很高。
纸上觉来终觉浅，绝知此事要躬行。如果我们没有这样的决心，是学不好操作系统的，只有深入到操作系统内部，我们才能有这样的能力和国际接轨，掌握计算机的核心技术，同行业里的人进行同等的竞争。
# 总结
我们总结下本文讲述了什么：
- 什么是操作系统？操作系统简单来说就是硬件，能帮助我们更好的使用计算机硬件，管理计算机硬件
- 为什么要学操作系统？操作系统是计算机里的最关键的技术，学会它才能深刻掌握计算机原理。
- 怎么学习操作系统？学习操作系统有很多个层次，我们主要集中在能改动操作系统这一方面，并设置了8个实验
# 参考
操作系统（哈工大李治军老师）32讲（全）超清_哔哩哔哩_bilibili (opens new window) 课程1
