1.1　从hello world开始

操作系统也是软件，也是由一大堆程序组成的，所以不要觉得它多么神秘。既然是程序，我们就要知道它是干什么的以及为什么需要，笔者想用大多数人写的第一个程序——“hello，world！！”来描述这个原因。当然这个程序是用C语言写的。大致过程如图1-1所示。

图1-1　hello，world！！程序的生成过程

这个程序正常运行后，会在屏幕上输出hello，world！！这个字符串。显然这个程序中最重要的是printf函数，然而我们并没有实现它。如果你能发现这一点，并迫切地想知道它究竟在背后干了些什么，那说明你和笔者一样有着对问题追根溯源的性格。这个也是我们研究问题本相的原动力。

那么printf在哪儿呢？都干了些什么呢？

它就在应用程序库中，代码虽然没有实现它，但库中实现了，程序链接器最终把它和代码链接装配在一起，这样程序也就能正确工作了，如图1-2所示。

图1-2　hello，world！！程序的链接过程

实际中可能有差异，可能printf不是在单独的库中，也可能不只是链接这一个库就行了。但是道理都一样。

printf函数把程序传给它的“hello，world！！”字符串数据复制到一个内存缓冲区中，然后调用操作系统提供的API（应用程序编程接口）函数。可能不同的实现之间有差异，但是大致动作如图1-3所示。

图1-3　printf函数的逻辑工作机理

一旦调用操作系统API，代码的控制权就交给了操作系统，执行的也是操作系统的代码。至于实现这一机制的进程，后面的章节会详细讨论。操作系统会根据不同的API函数以及应用程序传递进来的参数完成不同的动作和功能。比如，程序中的printf、调用的API和传递的参数，是要告诉操作系统把它缓冲区中的数据写入标准输出设备上。于是我们在屏幕上就看到了hello，world！！，然后程序就逐层返回到main函数，最后main函数退出，这个小程序也就结束了。下面用图1-4来描述这一过程。

图1-4　hello，world！！程序调用操作系统API的过程

由图1-4可知，真正操控计算机硬件完成显示hello，world！！的是操作系统这个软件。是它在背后默默地工作着。当然它的功能并不只是操控计算机硬件，我们后面会慢慢讨论。

现在来看看没有操作系统能完成这个hello，world！！的程序吗？有！只是我们要做的工作多了很多，我们得亲自实现printf函数、完成控制计算机硬件的程序，并且还要求计算机内部这时只运行这一个应用程序，因为有些硬件同一时间只能被一个程序使用，如图1-5所示。

图1-5　裸机hello，world！！程序

写上面这样的程序可能对程序员的要求有点高，因为必须要知道计算机硬件的每个细节，否则程序不会出现正常的结果。好吧，我们还是应该承认这个世界存在这种编程高手。

关于hello，world！！这个程序，我们就说到这里。如果没有操作系统，无论开发程序还是运行程序，难度都会很高。

现在去看看先辈是如何一步一步创造出操作系统的。