从程序设计的角度看，操作系统本质上是一组对硬件进行抽象、并为应用程序提供服务的系统软件。它的主要作用可以归纳为以下几方面：

一、操作系统的主要作用

1. 进程管理负责进程的创建、调度、同步、通信和终止，让多个程序能够“同时”运行，并合理分配 CPU 时间。
2. 内存管理为程序分配和回收内存，提供虚拟地址空间，实现地址映射、内存保护和按需调页，使程序不必直接操作物理内存。
3. 文件管理对磁盘等存储设备上的数据进行组织，提供文件的创建、读写、删除、目录管理等接口，屏蔽底层块设备的差异。
4. 设备管理通过驱动程序统一管理键盘、鼠标、显示器、磁盘、网卡等外设，为程序提供统一的 I/O 接口。
5. 提供用户接口提供命令行界面（CLI）或图形用户界面（GUI），同时也提供系统调用接口，供程序请求操作系统服务。
6. 并发与同步提供线程、锁、信号量、事件等机制，使多个执行流能够安全地共享资源。
7. 错误检测与保护检测非法指令、越界访问、除零等异常，防止一个程序破坏其他程序或系统本身。

从程序设计角度看，操作系统最重要的价值是：抽象硬件、隔离程序、管理并发、提供可复用的系统服务。

二、Windows的多任务机制

Windows 是抢占式多任务操作系统。所谓多任务，是指系统可以在多个进程/线程之间快速切换，让用户感觉它们同时运行。

从程序角度看：

• 进程是资源分配的基本单位，拥有独立的虚拟地址空间。
• 线程是 CPU 调度的基本单位，同一进程内的线程共享地址空间和资源。
• Windows 调度器按照优先级和时间片，在多个线程之间进行抢占式调度。
• 每个线程有自己的栈、寄存器和执行上下文；切换线程时，系统保存旧上下文、恢复新上下文。
• 多任务带来的问题是并发访问共享数据，因此需要临界区、互斥量、事件、信号量等同步机制。

所以，Windows 的多任务并不是“真正同时执行所有代码”，而是通过快速切换和调度，实现宏观上的并行。

三、Windows的事件机制

Windows程序与DOS程序最大区别是Windows是事件驱动运行的，不发生外部事件，程序处于Idle状态。事件和消息是与一个windows窗口关联的。因此理解windows运行机制，理解消息和事件是关键！

在 Windows 程序设计中，“事件”通常有两层含义：

1.同步事件对象

Windows 提供内核事件对象，用于线程同步：

• 手动重置事件：一旦触发，所有等待线程都被唤醒。
• 自动重置事件：触发后只唤醒一个等待线程，然后自动复位。

常用 API 如：

• CreateEvent
• SetEvent
• ResetEvent
• WaitForSingleObject

它常用于：一个线程等待另一个线程完成某项工作。

2.用户输入事件

在 GUI 程序中，用户的键盘、鼠标操作会被系统转换成事件，例如：

• 鼠标移动
• 鼠标左键按下
• 键盘按下
• 窗口重绘
• 定时器到期

这些事件会进入应用程序的消息队列。

四、Windows的消息机制

Windows GUI 程序是事件驱动的。系统或用户产生的动作，会被包装成“消息”。

消息通常包括：

• 窗口句柄hwnd
• 消息类型msg
• 附加参数wParam
• 附加参数lParam
• 时间、鼠标位置等

例如：

流程大致是：

1. 用户操作或系统事件产生消息。
2. 消息进入线程的消息队列。
3. 程序通过GetMessage从队列取消息。
4. TranslateMessage处理键盘字符转换。
5. DispatchMessage把消息发送给目标窗口的窗口过程。
6. 窗口过程根据消息类型执行相应代码。

所以，Windows 程序的主干通常是一个“消息循环”。

五、Windows的消息映射机制

在 MFC、WTL 等框架中，为了方便处理消息，引入了“消息映射”机制。

传统 Win32 程序使用switch-case在窗口过程中判断消息：

当消息很多时，switch-case会变得臃肿。MFC 使用消息映射表，把“消息”与“处理函数”关联起来：

然后实现对应函数：

其本质是：

·框架内部仍然有一个窗口过程。

·窗口过程收到消息后，不直接写switch-case，而是查消息映射表。

·找到对应处理函数并调用。

·如果没找到，就交给基类或DefWindowProc。

这样做的优点是：

·消息处理代码更清晰。

·便于扩展和继承。

·框架可以统一处理消息分发。

六、程序，进程和线程三者的基本定义

1.程序（Program）

程序是存放在磁盘上的可执行文件，是一组指令和数据的集合。

·它是静态的，本身不会运行。

·例如：notepad.exe、chrome.exe文件本身。

·它不占用 CPU，也不拥有运行时的内存空间和资源。

可以把它理解成“一份菜谱”：菜谱本身不是做菜的过程，只是说明。

2.进程（Process）

进程是程序的一次执行实例，是操作系统进行资源分配的基本单位。

·它是动态的，有生命周期：创建、就绪、运行、阻塞、终止。

·拥有独立的虚拟地址空间、代码段、数据段、堆、栈、打开的文件、句柄等资源。

·同一个程序可以对应多个进程。例如同时打开两个记事本，就是两个进程。

可以把它理解成“按照菜谱实际做菜的一次过程”，需要占用厨房、食材、锅具等资源。

3.线程（Thread）

线程是进程内部的一个执行流，是操作系统进行CPU调度的基本单位。

·它是动态的，有自己的程序计数器、寄存器、栈。

·同一进程内的多个线程共享该进程的地址空间和资源（如堆、全局变量、打开的文件）。

·线程切换开销比进程切换小。

可以把它理解成“做菜过程中的一个具体动作”，比如一个人切菜、另一个人炒菜，他们共用同一个厨房。

4.核心区别对比

·一个程序可以对应多个进程：双击两次记事本，就有两个进程。

·一个进程可以包含多个线程：一个进程至少有一个主线程，也可以创建多个工作线程。

·线程不能脱离进程独立存在：线程一定属于某个进程。

·进程是资源的容器，线程是执行的载体。

用一句话概括：

程序是静态的代码；进程是程序的一次执行，是资源分配单位；线程是进程内的执行流，是 CPU 调度单位。实际应用程序多数是具有多个线程，如界面线程（人机交互），工作线程（计算密集型任务）。

七、总结

操作系统在程序设计中主要承担：进程管理、内存管理、文件管理、设备管理、接口提供、并发同步和错误保护。

Windows 的多任务依靠进程/线程和抢占式调度实现；GUI 程序依靠事件驱动运行；系统把事件转换成消息放入队列；程序通过消息循环取出并分发；MFC 等框架再用消息映射把消息和处理函数关联起来，从而简化开发。

程序是磁盘上静态的指令和数据集合；进程是程序的一次动态执行、是资源分配的基本单位；线程是进程内的执行流、是 CPU 调度的基本单位；一个程序可对应多个进程，一个进程可包含多个线程，线程不能脱离进程独立存在。

八、有关学习课件和资源

有关基于Visual C++ (VS2019)的MFC学习资源见网盘：

https://pan.baidu.com/s/15mhLg6jucv9bfRXWRO3rbw

请联系dou_jp@163.com索取。