程序在编译的时候，会转换成汇编，然后是机器指令，那么运行的时候，操作系统充当什么呢？

电脑启动，屏幕亮起，我们敲下键盘，输入命令，按下回车，然后，神奇的事情发生了——一个程序开始执行。这个过程背后，可不是什么魔法，而是由一系列精密的步骤构成的，而我们今天的主角，操作系统（OS），就在这其中扮演着至关重要的角色。

你可能听说过，程序在“编译”阶段，会经历从我们看得懂的高级语言（比如C、Java、Python）到电脑看得懂的低级语言（汇编，再到最终的机器码）的转化。这个转化过程就像是把一本小说翻译成不同国家的语言，最终变成另一种文字系统。

编译完成后，我们得到的是一堆机器指令，这些指令是 CPU（中央处理器）可以直接理解和执行的“命令”。但仅仅有这些指令还不够，它们就像是一堆零散的乐高积木，需要一个“组织者”来把它们整合起来，并协调好它们的工作。这个“组织者”就是操作系统。

操作系统：程序运行的“总指挥”与“资源管理器”

想象一下，CPU 就像一个勤奋的工人，它只负责按部就班地执行指令，而且一次只能做一件事情。但是，我们的电脑上往往不止运行着一个程序，甚至同时有几十个、上百个程序在后台默默工作。这时候，如果没有一个“总指挥”，CPU 就会陷入混乱，不知道该先执行哪个程序的指令，也不知道这些程序要用到的各种资源（比如内存、硬盘、网卡）该怎么分配。

这就是操作系统出场的时候了。在程序运行阶段，操作系统主要扮演两个关键角色：

1. 程序的“总指挥”：调度与执行

加载程序： 当你点击一个程序的图标，或者在命令行输入程序名时，操作系统首先要做的就是找到这个程序的机器码文件（通常叫做可执行文件），然后把它从硬盘加载到内存中。内存就像是 CPU 的“工作台”，程序只有被加载到内存里，CPU 才能快速地访问和执行它的指令。
进程管理： 操作系统会将加载到内存中的每一个程序看作一个独立的“进程”。一个进程就是一个正在运行的程序实例。操作系统为每个进程创建一个“进程控制块”（PCB），里面记录着这个进程的所有信息，比如它当前的状态（正在运行、等待、已结束）、它属于哪个用户、它使用了多少内存、它当前执行到哪条指令等等。
CPU 调度： 这是操作系统最核心的功能之一。由于 CPU 的处理速度远超我们使用电脑的速度，而且通常有多个程序需要 CPU 来执行指令，操作系统就必须决定在某个时刻，哪个进程应该使用 CPU。这个决定过程叫做“CPU 调度”。操作系统会根据预设的算法（比如先来先服务、时间片轮转、优先级调度等），在不同的进程之间快速地切换 CPU 的使用权。当你看到一个程序在“运行”，实际上是 CPU 在极短的时间内执行了这个程序的指令，然后被切换出去，让另一个程序有机会运行。这种快速的切换，在宏观上就形成了“多任务并行”的效果，让我们感觉多个程序在同时运行。
上下文切换： 当操作系统决定将 CPU 的使用权从一个进程切换到另一个进程时，它需要保存当前正在运行进程的“状态”（也就是 PCB 中的信息），以便下次轮到它时可以恢复。这个保存和恢复的过程叫做“上下文切换”。这就像你正在织毛衣，突然有人叫你去开门，你得把毛衣放好，记清楚织到哪里了，等开完门回来，再找回毛衣继续织。CPU 每次切换进程，都需要进行一次上下文切换。

2. “资源管理器”：协调与分配

内存管理： 内存是电脑中最宝贵的资源之一。操作系统负责管理内存的分配和回收。当一个程序需要内存时，操作系统会从空闲内存中划出一块分配给它。当程序结束运行时，操作系统会回收这部分内存，以便其他程序使用。它还要确保一个程序不会“越界”访问其他程序的内存空间，否则会导致程序崩溃或数据被破坏。
文件系统管理： 程序需要读取和写入数据，这些数据通常存储在硬盘上。操作系统提供了文件系统，将硬盘上的数据组织成文件和目录，并负责文件的创建、删除、读写等操作。当程序需要访问文件时，它会通过操作系统的接口（API）来完成，而无需关心文件在硬盘上的具体物理位置。
I/O 设备管理： 键盘、鼠标、显示器、网卡、打印机等等，这些输入输出（I/O）设备都需要被程序使用。操作系统扮演着协调者的角色，它为不同的设备编写了驱动程序，程序通过操作系统的统一接口来与这些设备进行交互，而无需了解设备的底层细节。例如，当你按下键盘上的一个键，操作系统会捕获这个输入，然后根据你当前正在使用的程序的需要，将这个按键信息传递给它。
安全与权限管理： 在多用户或多任务环境中，操作系统还需要管理不同用户和进程的权限，确保它们只能访问自己被授权的资源，防止恶意程序或普通用户的误操作破坏系统。

总结一下

当你的程序编译成机器指令后，它并没有立即“跑起来”。它更像是一个被打包好的“包裹”，里面装着执行任务所需的指令和数据。而操作系统，就是那个负责接收包裹、将其解压、找到一个合适的位置（内存）安放好、并决定何时让 CPU 去处理它内部指令的“快递员”兼“项目经理”。

它在程序的整个生命周期中都扮演着核心角色：

启动时： 负责加载程序到内存，并为其创建运行环境。
运行时： 负责调度 CPU，协调内存、磁盘、网络等各种资源，并处理程序与硬件之间的交互。
结束时： 负责清理程序占用的资源。

可以说，没有操作系统，我们写好的程序只能是一堆静止的指令，无法发挥任何作用。正是操作系统，将这些冰冷的机器指令，转化为我们日常使用的、生动活泼的应用程序。它才是连接硬件和应用程序之间的关键桥梁，是我们与计算机世界交互的无形之手。

网友意见

你大学毕业了，能独立自主了，是不是从此就可以六亲不认无君无父无政府了呢？

同样的，二进制的机器指令文件仍然要通过一定的手法使用操作系统提供的服务。这些服务可以帮助你和网络通讯（而不需要自己实现TCP协议栈那一筐一筐的算法）、可以让你轻易的访问磁盘（而不需要自己搞明白上面有多少个扇区、哪个扇区有内容不能覆盖、怎么组织数据读写速度快不容易出碎片、万一突然断电如何恢复数据避免文件系统被捣毁）……

除非你不使用操作系统提供的任何服务——包括把你的可执行文件加载进内存并跳转到第一条指令的服务——自己实现一切的一切；否则，你照样需要军队来保护你不受侵略、警察来保护你不被抢被杀被奴役、淘宝来卖给你各种好用的货物、快递公司给你把货物送到手……并且，你看不见的，每一件货物都需要工厂生产、每一家工厂都要采购原料、所有原料都来自各种矿业公司/化学合成公司……

除非你一个人实现这所有，你才能真正脱离社会，成为一个自由自在的……野人。

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