操作系统基础：07 我们的任务

上节课我们探讨了操作系统的历史。了解历史能让我们明智，从操作系统的发展历程中，我们总结出两个核心的里程碑式图像：多进程（多任务切换）图像和文件操作图像 。Unix和Windows等系统的成功，很大程度上就是对这两个图像的完美实现。

我们这门课程的目标是深入剖析操作系统的构建原理，而这必然要围绕上述两个核心图像展开。为了让知识体系更加清晰，我们采用“温故而知新”的方法，梳理前面所学内容，规划后续讲解方向。

操作系统定义与管理对象：操作系统是管理计算机硬件的软件。计算机硬件主要包括CPU、内存、显示器、键盘、打印机等I/O设备，以及磁盘和磁盘上的文件。后续课程将围绕这几个部分，分别探讨CPU管理、内存管理（这两者合起来对应多进程图像管理）、I/O设备管理、磁盘与文件管理（对应文件图像管理）。
操作系统管理硬件的方式：我们通过研究上层应用进入操作系统的方式，来了解操作系统如何管理硬件。具体来说，就是探究上层应用使用操作系统时，在系统内部的具体运作，比如CPU和内存的实际使用方式。
操作系统的启动过程：操作系统的启动，本质上是将其从磁盘读取到内存，并在内存中“立起来” 。这里“立起来”具有代表性的操作是memmap 。操作系统管理硬件需要设置数据结构，启动的最终目的就是在内存中构建好操作系统，并针对相应设备初始化数据结构。通过调用如mem_init()、trap_init()等一系列init函数完成初始化后，启动shell，等待用户使用计算机硬件。
上层应用与操作系统的交互：操作系统启动并初始化完成后，上层应用通过系统调用（如open）进入操作系统。系统调用会触发相应处理函数（如对应的copen ），该函数会调用相关代码，利用已初始化的数据结构进行操作。

硬件资源管理的主要方面：操作系统管理硬件资源，主要涉及CPU管理、内存管理、终端设备管理和磁盘管理。CPU管理和内存管理共同构成进程视图（多进程视图）；终端设备管理和磁盘管理共同构成文件视图。
具体知识点展开
- CPU管理：认识CPU，形成CPU管理的直观想法，实现从CPU到进程的抽象，构建多进程基本结构，探讨多进程相关问题，研究fork如何工作。
- 内存管理：认识内存，明确内存管理的直观想法，理解从物理地址到虚拟地址的转换，探究*p = 7背后的原理，以及进程虚拟内存的产生机制。
- 文件管理：认识设备，掌握设备使用的基本结构，实现从设备到文件的抽象，研究open、read、write等操作背后的原理。