操作系统是如何运行的

水深无声 2022-12-31 03:29 158阅读 0赞

本文是《操作系统：以程序员的角度》第三章，本章的主题是从程序员的角度来理解操作系统到底是如何工作的。本篇承接上文《[程序员应如何理解中断][Link 1]》，以下为本篇目录：

*  操作系统是如何启动的
 *  操作系统什么时候才会运行
 *  操作系统运行的本质
 *  操作系统如何获取控制权：定时器
 *  操作系统是如何运行的
 *  总结

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在理解了系统调用和中断处理机制之后，我们就可以开始详细的了解一下操作系统是如何工作的了，注意这一节对于从整体上掌握操作系统至关重要，我们首先来看一下操作系统是如何启动的。

#### 操作系统是如何启动的 ####

我们已经知道了，操作系统其实就是一个大的C程序，本质上和我们自己写的C程序没什么区别，用户程序要想运行起来需要被操作系统从磁盘加载到内存中，那么操作系统是如何运行起来的呢？

我们可以自己想一下这个问题，计算机在关机状态下也就是不通电的状态下内存是不能保存内容的，因此一般情况下操作系统和我们的程序一样都是保存在磁盘当中(没有磁盘的计算设备，例如嵌入式设备，会保存在ROM中，稍后会有解释)，那么操作系统要想运行起来必然需要被什么东西加载到内存当中。

当我们按下计算机的开机按键后，这时的计算机什么都做不了，因为这时操作系统还没有运行起来，内存中什么都没有。由于现在内存中没有任何程序供CPU执行，因此CPU只能跳转到一种特殊的存储介质中，这种特殊的存储介质就是ROM(Read-Only Memory)，这种存储介质在断电后保存的内容不会丢失，CPU开始执行ROM中保存的程序，这个程序就是大家熟悉的**BIOS**(Basic Input/Output System)，基本输入输出系统。

BIOS之所以称之为基本输入输出系统，就是因为BIOS中有管理硬件设备的程序，类似硬件的驱动程序，如果你重装过操作系统使用过BIOS就很容易理解了，你在设置BIOS时就可以使用键盘鼠标来操作，但是请注意此时操作系统还没有运行起来，因此是BIOS来管理的这些硬件设备，当操作系统运行起来后会使用自己的驱动程序来进行设备管理，此时就不再依赖BIOS了。

BIOS程序运行后就开始在磁盘中搜索操作系统映像(Operating System Image，也就是操作系统)，可以搜索的位置包括floppy disk，磁盘，CD-ROM等，搜索的顺序基于BIOS的设置，这个大家应该比较清楚，我们在重装操作系统时要设置BIOS的搜索顺序。

一般情况下像Windows、Linux、MacOS这样的大型操作系统其映像都是放在磁盘当中的(就像我们写程序一样，编译成可执行程序后存放在磁盘当中)。当BIOS找到可以使用的操作系统映像后，开始把操作系统映像加载到内存当中，就好比操作系统把我们的程序从磁盘加载到内存一样，加载完毕后调用操作系统初始化函数，比如启动的是Linux系统，那么调用start\_kernel()函数，该函数对Linux内核进行初始化，之后操作系统就运行起来了，因此**作为程序员如果你好奇操作系统是如何初始化的，那么该阶段完成的就是操作系统的初始化任务**。

以上就是操作系统启动的完整过程，如下图所示：

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[Link 1]: http://mp.weixin.qq.com/s?__biz=MzU2NTYyOTQ4OQ%3D%3D&chksm=fcb98461cbce0d7771dcc242dba9f97f48443d75aec92238d126899e42e081054cdd0d478228&idx=2&mid=2247484223&scene=21&sn=1d353b46bfad787b391ae1110d9145b6#wechat_redirect
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