0x01 什么是操作系统？
操作系统是一个软件，一个可以让应用程序运行变得更容易，允许程序共享内存，让程序能够与硬件设备交互，以及其他类似的工作。这种软件被称为操作系统（Operating System, OS）
为了实现上述的功能，操作系统主要利用一种通用的技术：虚拟化（virtualization），将物理资源，如处理器、内存、磁盘转换为更通用、更强大且更易用与使用的虚拟形式。因此，操作系统也被称为虚拟机（virtual machine）。
0x02 什么是虚拟化？
先举个例子：现在有一所房子，两个人（A、B），这两个人都想拥有一所房子
- 你对A说：这个房子属于你，你需要进去的时候，就来找我拿钥匙，用完把钥匙还给我
- 你对B说：这个房子属于你，你需要进去的时候，就来找我拿钥匙，用完把钥匙还给我
- 你负责保管钥匙，并且要让A和B知道这个房子只属于自己，A、B互相不知道对方
- 当A找你拿钥匙时，如果房子空闲，你就把钥匙给他；如果B在房子中，那你就拒绝A，让他等着
- 同样B找你拿钥匙时，也是同理......
在上述例子中，房子只有一所，但是你让A和B都觉得自己拥有了房子，这个过程就类似于虚拟化CPU，而你在中间扮演的角色就是操作系统的角色。
上面的例子是一个时分共享（time sharing）机制的应用，操作系统通过这个机制实现了虚拟化CPU。相对应的还存在空分共享机制，操作系统在虚拟化磁盘和内存的时候使用了此机制。
- 时分共享：允许资源由一个实体使用一小段时间，然后由另一个实体使用一小段时间，如此下去......
- 空分共享：资源在空间上被划分给希望使用它的人，例如，一旦将一块磁盘空间分配给用户，在用户删除文件之前，不可能将它分配给其他文件
0x03 虚拟化CPU
从上述例子中，可以看到，即使只有一个处理器，4个程序似乎是可以同时运行的。操作系统通过时分共享机制，实现了系统拥有非常多CPU的假象。将单个CPU（或其中的一小部分）转化为看似无限数量的CPU，从而让许多程序看似在同时运行，这就是虚拟化CPU。
0x04 虚拟化内存
从这个例子中，可以看到，这两个进程都在相同的地址（00200000）处分配了内存，但每个进程似乎都独立更新了 00200000 处的值，就好像每个正在运行的程序都有自己的私有内存，而不是与其他正在运行的程序共享相同的物理内存。
这是因为操作系统虚拟化内存，每个进程访问自己的私有虚拟地址空间（virtual address space），操作系统以某种方式映射到机器的物理内存上。一个正在运行的程序中的内存引用不会影响其他进程（或操作系统本身）的地址空间。对于正在运行的程序，它看起来完全拥有自己的物理内存。实际上，物理内存是由操作系统管理的共享资源，这就是虚拟化内存。
0x05 持久性
操作系统管理磁盘的软件通常被称为文件系统（file system），它负责以可靠和高效的方式，将用户创建的任何文件存储在系统的磁盘上。不像操作系统为CPU和内存提供的抽象，操作系统不会为每个应用程序创建专用的虚拟磁盘。相反，它假设用户经常需要共享文件中的信息。比如我们编写代码时，需要使用编辑器创建和编辑文件；编写完后需要使用编译器来编译代码，生成可执行文件，最后运行可执行文件。因此文件是可以在不同的进程之间共享的。
而文件的持久化过程中，文件系统会确定新数据将驻留在磁盘上的哪个位置，然后在文件系统所维护的各种结构中对其进行记录，这需要向底层存储设备发出 I/O 请求，以读取现有结构或更新（写入）它们。这个过程，操作系统相当于提供了一些API，屏蔽了让硬件设备执行操作的一些低级别设备接口。所以，OS 有时被视为标准库。
