前言
首先，對於有科班背景的讀者，可以跳過本系列文章。這些文章的主要目的是透過簡單易懂的彙總，幫助非科班出身的讀者理解底層知識，進一步瞭解為什麼在面試中會涉及這些底層問題。否則，某些概念將始終無法理解。這些計算機基礎文章將為你打通知識的任督二脈，祝你在程式設計領域中取得成功！
作業系統
讓我們從作業系統開始講解。作業系統是我們經常使用的，也是電腦不可或缺的一部分。現代計算機系統由一個或多個處理器、主存、印表機、鍵盤、滑鼠、顯示器、網路介面以及各種輸入/輸出裝置構成。
但是，我們編寫程式語言時是否需要直接與這些硬體打交道呢？並不需要。你只需要透過點選滑鼠、鍵盤來啟動程式，並滿足你的業務需求。如果在編寫程式碼時還需要考慮與硬體的互動，那你可能無法成功編寫出任何程式碼。你可以理解為，我們所寫的jar包、應用程式等，各種程式語言在底層與作業系統進行互動。比如下面這張圖片：
作業系統具有硬體的訪問許可權，可以執行機器能夠執行的任何指令。這樣，你才能夠使用各種RPC框架、檔案讀寫操作等功能。
核心
作業系統核心是核心，市面上有兩大陣營：Windows和Linux。它們各有千秋，Windows主要用於個人使用，而伺服器層主要使用Linux系統。Linux系統因為免費且開源，吸引了很多大佬級別的人物貢獻原始碼。如果公司有定製化需求，可以下載系統原始碼進行自定義。
現在回到正題，如果應用程式都直接與硬體打交道，那將會很繁瑣。因此，核心作為應用連線硬體裝置的橋樑，應用程式只需關注與核心的互動，而不需關心硬體的細節。
現代作業系統的核心通常提供以下四個基本能力：
- 程式和執行緒管理，決定CPU的使用；
- 記憶體管理，決定記憶體的分配和回收；
- 硬體裝置管理，為程式和硬體裝置提供通訊能力；
- 系統呼叫，作為使用者程式與作業系統之間的介面。
核心具有較高的許可權，可以控制CPU、記憶體、硬碟等硬體，而應用程式的許可權較小。因此，大多數作業系統將記憶體分為兩個區域：核心空間只有核心程式可以訪問，使用者空間專門供應用程式使用。
使用者空間的訪問許可權受限，而核心空間可以訪問所有記憶體空間。因此，我們的Spring專案和應用程式執行在使用者態，當需要訪問核心空間時，程式切換到核心態執行。應用程式如果需要進入核心空間，就需要使用系統呼叫。接下來我們來看一下系統呼叫的過程：
計算機啟動過程
這裡簡單引一下ROM，ROM（Read-Only Memory）是一種儲存在計算機主機板上的固化程式。它的主要作用是儲存計算機系統啟動所需的基本輸入輸出系統（BIOS）韌體。當計算機開機時，首先會載入並執行ROM中的BIOS程式，它負責初始化硬體裝置、檢測系統配置和引導作業系統的載入過程。如果你曾經重灌過系統，那麼你對這個介面應該不會感到陌生。
與ROM不同，RAM（Random Access Memory）是一種可讀寫的臨時儲存器,也就是記憶體條。它用於臨時儲存執行中的程式和資料，以便CPU可以快速訪問和處理。RAM的讀寫速度非常快，這使得計算機可以在短時間內完成大量的資料操作。
如果你的計算機系統經常出現卡頓或執行緩慢的情況，增加RAM容量可能是一個有效的解決方案。透過增加記憶體條，你可以提高計算機的執行速度和響應能力，使得程式和系統更加流暢。
系統呼叫
我們之前提到過，如果需要切換使用者態到核心態，是需要系統呼叫的，系統呼叫是作業系統提供給應用程式的一種介面，它允許應用程式請求作業系統執行特定的操作或提供特定的服務。應用程式透過系統呼叫來訪問作業系統核心的功能，如檔案操作、網路通訊、程式管理等。
例如多個程式都要往印表機上列印檔案，如果隨便亂列印，就會出現同樣一張紙，第一行是 A 程式輸出的文字，第二行是 B 程式輸出的文字，全亂套了。所以，印表機的直接操作是放在作業系統核心裡面的，程式不能隨便操作。系統呼叫會給程式提供一個核心級別的互斥鎖，他往往比你自己的程式界別的鎖更加可靠。
UNIX程式是由執行特定操作或其他操作的程式碼組成的，並透過系統呼叫來提供某些服務。相比之下，Windows系統中的應用程式通常是事件驅動的。主程式會等待特定事件的發生，然後呼叫相應的程式進行處理。這些事件可以是鍵盤敲擊、滑鼠滑動、滑鼠點選或插入USB驅動等。作業系統會呼叫處理器來處理這些事件，更新螢幕並更新程式的內部狀態。這種設計風格與UNIX系統有所不同。
總的來說，系統呼叫可以被看作是一個辦事大廳，無論你的應用程式要做什麼，都必須透過系統呼叫來完成。系統呼叫提供了訪問作業系統功能的介面，使應用程式能夠請求執行特定的操作或獲取特定的服務。
總結
總結一下，作業系統是計算機不可或缺的一部分，它連線著硬體和應用程式。核心是作業系統的核心，負責管理程式和執行緒、記憶體、硬體裝置以及提供系統呼叫介面。計算機啟動過程中，ROM負責載入並執行BIOS程式，而RAM用於儲存執行中的程式和資料。系統呼叫是作業系統提供給應用程式的介面，透過系統呼叫可以訪問作業系統的功能。系統呼叫相當於一個辦事大廳，應用程式需要透過系統呼叫來完成特定的操作或獲取特定的服務。