操作系统具备哪些基本功能？

操作系统的主要作用就是统管和调配硬件资源、安排和控制软件工作，并且给使用者提供一个安全方便的人机交互平台。它利用进程来实现多个程序同时运行并且有先后顺序，用内存来把物理空间变成可以使用的虚拟空间，并且对数据进行保护不被破坏，在设备管理中统一了各种外部设备的工作方式并且能够及时处理突发状况，在文件系统里建立了目录树形结构使得信息可以有序地保存下来又不会互相干扰，在命令行或者图形界面之下把复杂的底层操作简化成简单的上层操作让用户更容易使用。各个部分并不是各自为政而是由内核统一指挥协作完成整个系统的稳定性和可扩展性的支持。

一、进程管理：完成多个任务的同时进行有效的协作

操作系统用创建、调度、同步以及终止进程的方式来保证CPU资源得到合理的分配。比如当用户同时打开了浏览器、音乐播放器和文档编辑器的时候，操作系统就会根据优先级算法来动态地给各个程序分配CPU的时间；线程就是一种比较轻量级的执行单元，在同一个进程中可以共享内存空间，从而大大提高了响应的速度。对于开发人员来说可以用到top或者htop这样的工具来实时地查看各个进程的状态；而对于普通的使用者来说，则不需要去干涉，因为系统的会自动进行上下文的切换，并且还会防止出现死锁的情况。

第二部分 内存管理：保证程序的安全运行和空间上的灵活性

除了对物理内存进行分配和回收之外，内存管理还利用了虚拟内存技术来扩大可用的空间，在后台把不用的数据放到硬盘上的交换区里，并且腾出RAM给前台的应用程序用；另外它还会用到MMU这样的硬件组件来进行地址映射以及读写权限检查以避免某个程序去访问不属于它的内存区域；对于Windows系统的用户来说可以在“系统属性->高级->性能设置->高级->虚拟内存”的地方手动更改大小；而对于Linux使用者而言，则可以通过编辑/etc/sysctl.conf文件里的vm.swappiness参数来改善策略。

第三部分是设备管理，包括了统一驱动和智能响应

操作系统通过设备驱动程序来隔绝硬件之间的差别，使得上面的应用程序不需要知道具体的芯片型号就可以正常工作。比如键盘敲击、鼠标的移动以及USB接口被插入等等都会产生中断信号，并且会被内核中断处理程序迅速地去回应并且把它们发送到相应的驱动模块中去。现在的系统也支持即插即用和热插拔的功能，在MacOS中插入雷电外接显卡之后就会自动加载对应的驱动程序并且开启GPU加速功能而不需要重新启动或者手动安装任何东西。

第四部分 文件管理：建立一个结构化的数据治理结构

文件系统规定了存储设备上数据排列的方式，比如FAT32、NTFS、ext4、APFS等等。它包含有目录树结构、元数据信息（创建日期、访问权限）、硬链接和软链接的功能以及访问控制列表等特性，在资源管理器里拖动文件就会产生一个系统的调用，底层会进行磁盘块分配、日志更新和一致性检查的工作；对于企业的使用环境来说还可以开启加密文件系统来达到透明化的加密效果（例如BitLocker或者FileVault）。

第五部分 用户界面：人和机器之间的桥梁

图形用户界面(GUI)用窗口、图标和菜单来创建一个直观的操作环境，命令行界面(CLI)给高级用户提供更精细的控制权。它们都由系统的各种服务来支持：在Windows中使用的是Explorer.exe以及Shell基础设施主机，在Linux发行版里则是基于X11/Wayland协议和GNOME/KDE桌面环境的合作。可以根据需要进行切换——一般情况下会用到GUI来进行日常工作，当要对大量日志文件进行操作或者设置服务器的时候就会选择CLI了，但是这两者所使用的都是同一个系统调用接口。

五大部分的功能模块组成了操作系统技术上的基本结构，它们各司其职而又彼此紧密相连地维持着数字化世界中秩序和效率。