1 操作系统功能的历史
在计算机中尚不存在操作系统的年代，完全没有任何程序，因此程序员就需要编写出处理相关的所有程序。用机器语言编写程序，然后再使用开关将程序输入，这一过程非常麻烦。于是，有人开发出了仅具有加载和运行功能的 监控程序，这就是操作系统的原型。
之后，随着时代的进一步发展，开始有更多的功能被追加到监控程序中，比如，为了方便程序员的硬件控制程序、编程语言处理器(汇编、编译、解析)以及各种实用程序等，结果就形成了和现在相差不大的操作系统。因此，操作系统本身并不是单独的程序，而是多个程序的集合体。
2 要意识到操作系统的存在
对于程序员而言，掌握硬件知识无疑是重要的基础。不过，自操作系统诞生以后，就无需再编写直接控制硬件的复杂程序了。 应用开发者得以从底层硬件细节中解放出来。
在这个由操作系统构建的运行环境中，应用程序并非直接对硬件发号施令，而是通过操作系统这一中间层来间接实现硬件控制。
3 系统调用和高级编程语言的移植性
操作系统将硬件控制功能，以一系列小型函数集合的形式提供给上层应用。这些函数以及调用它们的行为，统称为 系统调用(system call)，可以理解为应用程序对操作系统功能的“调用”。
用高级编程语言编写的程序，在编译后，其代码就转换成了包含系统调用的本地机器码。
虽然有些高级语言允许直接调用系统调用，但这样开发出的应用程序在移植性上往往表现不佳。例如，一个直接调用了Windows系统调用的程序，显然无法在Linux环境下直接运行。
4 操作系统和高级编程语言使硬件抽象化
借助操作系统提供的系统调用，程序员得以摆脱编写直接控制硬件程序的繁琐。更进一步，通过使用高级编程语言，开发者有时甚至无需感知系统调用的存在。这背后的功臣，正是操作系统和高级编程语言实现的 硬件抽象化。
#include <stdio.h>
void main() {
// 打开文件
FILE *fp = fopen("MyFile.txt", "w");
// 写入文件
fputs("你好", fp);
// 关闭文件
fclose(fp);
}
“文件”这一概念，正是操作系统对磁盘物理空间的一种抽象。 作为硬件的磁盘，其空间被划分为类似年轮的多个扇区，数据读写以扇区为单位。如果直接操作硬件，开发者就需要精确指定扇区位置进行I/O。
但在上面的代码清单中，你完全看不到“扇区”的踪迹。传递给 fopen() 的是文件名和模式，传递给 fputs() 的是字符串和文件指针，传递给 fclose() 的也仅是文件指针。磁盘的读写操作被“文件”这个概念彻底封装，整个流程抽象为了 fopen()、fputs() 和 fclose() 这三个清晰易懂的函数调用。
5 Windows 操作系统的特征
Windows 作为主流的操作系统之一，具备以下几个核心特征。
(1) 32 位操作系统(也有 64 位版本)
尽管目前已有64位版本，但32位Windows仍被广泛使用。这里的“32位”指的是CPU一次处理效率最高的数据单位大小。
(2) 通过 API 函数集来提供系统调用
Windows通过一套名为API（Application Programming Interface，应用程序接口）的函数集来提供系统调用。API是应用程序开发者与操作系统之间的桥梁。
(3) 提供采用了图形用户界面的用户界面
GUI（图形用户界面）允许用户通过点击屏幕上显示的窗口、图标等可视化元素进行操作，极大提升了易用性。
(4) 通过 WYSIWYG 实现打印输出
WYSIWYG（所见即所得）意味着屏幕上显示的内容可以直接由打印机原样输出。Windows将显示器和打印机视为同等的图形输出设备，从而实现了这一功能。
(5) 提供多任务功能
多任务 指的是同时运行多个程序的能力。Windows通过 时钟分割 技术实现这一点。该技术让CPU在极短的时间间隔内快速切换运行多个程序，在用户看来它们就像在同时运行。此外，Windows还支持 多线程，允许在一个程序内部以函数为单位进行更细粒度的切换执行。
(6) 提供网络功能及数据库功能
网络功能在Windows中是标准配置。数据库（数据库服务器）功能有时则需要额外安装。这些功能虽非操作系统的核心，但由于紧贴操作系统层，常被称为 中间件，意为处于操作系统和应用之间。操作系统与中间件合称为 系统软件，应用程序可以同时利用二者的功能。
(7) 通过即插即用实现设备驱动的自动设定
即插即用 机制使得新设备连接到计算机后，系统能够自动识别、安装并配置用于控制该设备的 设备驱动 程序，实现“即插即用”。
希望这篇关于操作系统核心作用的解析，能帮助你更清晰地理解这个现代计算机中不可或缺的基石。如果想探讨更多计算机系统底层原理，欢迎在云栈社区交流分享。
发表于 12 小时前
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