操作系统的主要功能是什么？

操作系统的主要作用就是统管和调配硬件资源、协调软件运作以及保证系统的正常运转，并给使用者和应用程序提供一个统一、安全且高效的操作平台。它利用进程来实现多任务的同时进行并且对CPU的时间进行智能分配；用内存来把物理内存变成可以被动态分配、保护以及虚拟化的空间；靠设备管理来统一各个外部设备的驱动程序，消除它们之间的差别；用作业管理和用户界面把复杂的操作简化成简单的命令。各个部分并不是各自独立存在的，在内核的指挥之下互相配合工作，从而形成了目前计算机体验的基础。

一、进程控制：使多个程序可以同时进行

操作系统利用创建、调度、同步和终止进程的方式保证了CPU资源的有效使用，在多任务的情况下会采用时间片轮转、优先级调度或者完全公平调度等方式给每一个进程分配出一个固定的运行时间段；当程序发出系统调用或者是遇到中断的时候，内核就会立刻把当前的状态保存起来然后更换到另一个状态之下并且在几百万分之一秒之内就完成了对用户的回应；比如用户同时进行着视频聊天、文件下载以及病毒库升级等工作，这三项任务共用同一个CPU核心，在没有进程管理模块来调节它们之间关系的时候很容易造成死锁或者资源竞争的现象。

第二部分是关于内存管理的部分，也就是对物理空间进行智能化分区和可伸缩扩展

除了按照需求分配和释放RAM之外，系统还会利用页表映射、写时复制以及缺页中断等方式来保证隔离性；如果物理内存不够用的话，则会自动开启交换分区或者压缩内存的方式来保存一些不常用的页面，并且把它们标记为可以被替换掉的。现在的操作系统一般都支持ASLR和SMAP这样的硬件辅助防护技术，在分配的时候就阻止了非法越界的访问行为，从而从根本上提高了程序的安全程度。

第三部分是设备管理，它把各种各样的外设都抽象成了一个整体，并且实现了即插即用的效果

操作系统把各种各样的硬件比如键盘、摄像头、NVMe硬盘和蓝牙耳机等等都抽象成了统一的标准I/O接口，然后用内核中的设备驱动程序堆来实现命令转换，在用户想要获取麦克风的数据的时候就会经过VFS层、ALSA音频子系统以及USB音频类驱动等一系列步骤之后变成一个符合USB规范的数据包发给对应的硬件。此外还存在一个热插拔事件监听器可以立刻响应到U盘被插入的情况之下，并且会根据udev规则进行相应的操作并且告诉桌面环境出现了一个新的设备需要处理。

第四部分 文件管理：建立一个有组织、可以追踪并且受到控制的数据中心

文件系统的功能包括建立目录结构和元数据（比如inode中包含权限信息、时间戳以及块指针等），并且可以实现硬链接、软链接、访问控制列表(ACL)、快照(例如Btrfs或者ZFS)以及透明加密(fscrypt)等功能，在用户删除文件的时候，并不会立刻把对应的磁盘扇区清零，而是会更新位图和索引节点的状态来保证数据的一致性；配合使用journal日志机制可以在发生突然断电的情况下迅速恢复未完成的操作。

第五部分 作业管理和人机交互最后一公里的问题

作业管理模块可以接受用户的批处理脚本或者交互命令，并且会去分析这些命令之间的依赖关系以及给它们设定一些资源限制（比如用cgroups来控制内存的最大值），还会对整个过程进行监督和管理。对于图形界面来说，它依靠的是X11或者Wayland这样的协议把鼠标的点击动作或者是触摸屏的操作变成一系列事件流，然后交给窗口管理系统来安排渲染工作；而对于命令行终端而言，则是由shell解释器来做路径展开、管道连接以及重定向等工作，使得复杂的操作只需要一条命令就可以搞定。

五大部分采用微内核或者宏内核的方式进行深度耦合，并且各自都担负着一定的责任，在系统调用门、中断向量表、共享内存区等机制的支持下频繁地协作起来，从而保证了手机、电脑等各种设备都能正常工作。