第一章 操作系统概述
1. 概念、功能和目标
1.1 概念
操作系统（Operating System,OS）是指控制和管理整个计算机系统的硬件和软件资源，并合理地组织调度计算机的工作和资源的分配；以提供给用户和其他软件方便的接口和环境；它是计算机系统中最基本的系统软件。
①操作系统是系统资源的管理者
②向上层提供方便易用的服务
③是最接近硬件的一层软件
1.2 功能和目标
执行一个程序前需要将该程序放到内存中，才能被CPU处理
封装思想
封装思想：操作系统把一些丑陋的硬件功能封装成简单易用的服务，使用户能更方便地使用计算机，用户无需关心底层硬件的原理，只需要对操作系统发出命令即可
现在的操作系统提供图形化的用户接口（GUI），早期的操作系统采用命令接口
联机命令接口=>交互式命令接口
脱机命令接口=>批处理命令接口
2. 操作系统的特征
两个最基本的特征，，二者互为存在条件
2.1 并发
并发：指两个或多个事件在同一时间间隔内发生。这些事件宏观上是同时发生的，但微观上是交替发生的。
常考易混概念一一并行：指两个或多个事件在同一时刻同时发生。
操作系统就是伴随着而出现的。因此，操作系统和程序并发是一起诞生的。
单核CPU同一时刻只能执行一个程序，各个程序只能并发地执行
多核CPU同一时刻可以同时执行多个程序，多个程序可以并行地执行
比如Intel的第八代i3处理器就是4核CPU，意味着可以并行地执行4个程序
2.2 共享
共享即资源共享，是指系统中的资源可供内存中多个并发执行的进程共同使用。
所谓的“同时”往往是宏观上的，而在微观上，这些进程可能是交替地对该资源进行访问的（即分时共享)
生活实例： 互斥共享方式：使用QQ和微信视频。同一时间段内摄像头只能分配给其中一个进程。
同时共享方式：使用QQ发送文件A，同时使用微信发送文件B。宏观上看，两边都在同时读取并发送文件,说明两个进程都在访问硬盘资源，从中读取数据。微观上看，两个进程是交替着访问硬盘的。
2.3 虚拟
虚拟是指把一个物理上的实体变为若干个逻辑上的对应物。物理实体（前者）是实际存在的，而逻辑上对应物（后者）是用户感受到的。
2.4 异步
异步是指，在多道程序环境下，允许多个程序并发执行，但由于资源有限，进程的执行不是一贯到底的，而是走走停停，以不可预知的速度向前推进，这就是进程的异步性。
并发与共享
并发性指计算机系统中同时存在着多个运行着的程序。
共享性是指系统中的资源可供内存中多个并发执行的进程共同使用。
3. 操作系统的发展和分类
3.1 手工操作阶段
缺点：
3.2 单道批处理系统
引入脱机输入/输出技术，并由监督程序负责控制作业的输入、输出
主要优点：缓解了一定程度的人机速度矛盾，。
主要缺点：，只有该程序运行结束之后才能调入下一道程序。CPU有大量的时间是在空闲等待I/O完成。资源利用率依然很低。
3.3 多道批处理系统
主要优点：。资源利用率大幅提升，CPU和其他资源更能保持“忙碌”状态，系统吞吐量增大
主要缺点：用户响应时间长，（用户提交自已的作业之后就只能等待计算机处理完成，中间不能控制自已的作业执行。eg：无法调试程序/无法在程序运行过程中输入一些参数）
3.4 分时操作系统
分时操作系统：计算机以时间片为单位轮流为各个用户/作业服务，各个用户可通过终端与计算机进行交互。
主要优点：用户请求可以被即时响应，。允许多个用户同时使用一台计算机，并且用户对计算机的操作相互独立，感受不到别人的存在。
主要缺点：。操作系统对各个用户/作业都是完全公平的，循环地为每个用户/作业服务一个时间片，不区分任务的紧急性。
3.5 实时操作系统
主要优点：能够优先响应一些紧急任务，某些紧急任务不需时间片排队。
在实时操作系统的控制下，计算机系统接收到外部信号后及时进行处理，并且要在严格的时限内处理完事件。实时操作系统的主要特点是
3.5 其他
4. 操作系统的运行机制
4.1 程序是如何运行的
4.2 应用程序 vs 内核程序
4.3 特权指令 vs 非特权指令
4.4 内核态 vs 用户态
CPU有两种状态，“内核态”和“用户态”
处于内核态时，说明此时正在运行的是内核程序，此时可以执行特权指令
处于用户态时，说明此时正在运行的是应用程序，此时只能执行非特权指令
拓展：CPU中有一个寄存器叫程序状态字寄存器（PSW），其中有个二进制位，1表示“内核态”，0表示“用户态‘’
别名：内核态=核心态=管态；用户态=目态
4.5 内核态、用户态的切换
5. 中断和异常
5.1 中断的作用
“中断”会使CPU由用户态变为内核态，使操作系统重新夺回对CPU的控制权
CPU上会运行两种程序，一种是操作系统内核程序，一种是应用程序
操作系统内核程序是整个系统的管理者
5.2 中断的类型
内中断
与当前执行的指令有关， 内中断中断信号来源于CPU内部
内部异常
外中断
与当前执行的指令无关，中断信号来源于CPU外部
打印机、时钟部件等
5.3 中断机制的基本原理
当CPU检测到中断信号后，会根据中断信号，的类型去查询“中断向量表”，以此来找到相应的中断处理程序在内存中的存放位置。6. 系统调用
6.1 什么是系统调用
“系统调用”是操作系统提供给应用程序（程序员/编程人员）使用的接口，可以理解为一种可供应用程序调用的特殊函数，。
6.2 系统调用与库函数的区别
6.3 为什么系统调用是必须的
6.4 系统调用（按功能分类）
应用程序通过系统调用请求操作系统的服务。而系统中的各种共享资源都由操作系统内核统一掌管，因此，都必须通过系统调用的方式向操作系统内核提出服务请求，由操作系统内核代为完成。这样可以，防止用户进行非法操作。
6.5 系统调用的过程
7. 操作系统的内核
过
8. 操作系统引导
过
9. 虚拟机
过