什么是系统编程

博客内容摘自Unix/Linux编程实践教程

1. 简单的程序模型

你可能写过各种各样的程序，有柯学计算方面的，金融方面的，图像方面的，文字处理方面的等，大部分的程序都是基于以下模型

在这个模型中，程序就是可以再计算机上运行的一段代码，程序把输入数据做相应处理后输出，例如用户在键盘上输入数据，然后在屏幕得到输出，程序可能对磁盘进行操作，还可能会用到打印机
遵循上述模型。看以下代码

/*copy from stdin to stdout*/
main() {
	int c;
	while ((c = getchar()) != EOF)
		putchar(c);
}

这段代码对应以下模型

在图中键盘和显示器与程序直接相连，在简单的个人计算器中，实际情况是很类似的，键盘和显示卡直接连到计算机的主板上，CPU和内存也是通过插槽直接连载主板上，它们通过主板上的印刷线路，连为一体，如果能打开机箱，所看到的大致如此。

2.系统模型

如果所使用的系统是一个多用户系统，如经典的Linux模型，那会是一幅怎样的情景呢

刚才的简单模型已经不适用，此图会更接近一些

在这个系统中有多个用户同时运行多个程序，可能需要访问多个设备。
虽然模型复杂了，但对程序而言，他还是从键盘得到数据，将结果显示在显示器上，也可以对磁盘进行读写，这些操作都没有任何问题，它使用的还是简单模型
接下来考虑一种更为复杂的情况，有许多键盘/显示器，它们可以随意地连接到不同的程序，随意地操作他们，这种情况如下图所示

实际上，在计算机内部，这种随意的连接是不允许的，必须采用一种机制进行管理

3.操作系统的职责

计算机用操作系统来管理所有的资源，并将不同的设备和不同的程序连接起来，从链接的角度来讲，操作系统的作用就行主板上的印刷线路一样
有了操作系统后，上图的混乱状态就可以得到该百年，新的模型如图五所示

图五

操作系统也是程序，与普通程序一样，也运行在内存中，同时他又是一个特殊的程序，他能把普通程序与其他程序或设备连接起来。

4.为程序提供服务
现在的问题（系统中的多个用户和程序是如何连接起来的）和大致的解决办法（通过一个管理程序已经很清楚了，接下来看具体的解决方法
首先要节视一些属于，内存空间用来存放程序和数据，就想古雅典人腾出空间来放衣服一样，所有的程序都必须在内存空间中才能运行，用来容纳操作系统的内训空间叫做系统系统空间，容纳应用程序的内存空间叫做用户空间
操作系统也被称为内核，有了内核的概念后，再来看计算机系统的连接情况，如图6所示

注意，在图6中可以发现，程序要访问设备（如键盘，磁盘和打印机）必须通过内核，所以只有内核才能直接管理设备
程序如果要从键盘得到数据，必须向内核发出请求，若在显示器上显示结果，也要通过内核，程序中所有对设备的操作都是通过内核进行的
图6的线是内核提供的虚拟连接线，内核向程序提供服务一遍程序能够访问到设备
了解到这些内容后，再来看什么是系统编程，编写普通程序时可以认为，程序是直接连到键盘，显示器，磁盘等设备的，但在进行系统编程时，必须对系统的结构和工作方式有更深的了解，要知道内核提供那些服务（系统调用），如何使用他们，系统有哪些资源和设备，不同的资源和设备该如何操作。