1 概述

1. 操作系统（Operation System，简称OS）是管理计算机硬件与软件资源的程序，是计算机系统的内核与基石；
2. 操作系统本质上是运行在计算机上的软件程序；
3. 为用户提供一个与系统交互的操作界面；
4. 操作系统分内核与外壳（我们可以把外壳理解成围绕着内核的应用程序，而内核就是能操作硬件的程序）；

2 基本特征

2.1 并发

1. 并发是指宏观上在一段时间内能同时运行多个程序，而并行则指同一时刻能运行多个指令；
2. 并行需要硬件支持，如多流水线或者多处理器；
3. 操作系统通过引入进程和线程，使得程序能够并发运行；

2.2 共享

1. 共享是指系统中的资源可以被多个并发进程共同使用；
2. 有两种共享方式：互斥共享和同时共享；
3. 互斥共享的资源称为临界资源，例如打印机等，在同一时间只允许一个进程访问，需要用同步机制来实现对临界资源的访问；

2.3 虚拟

1. 虚拟技术把一个物理实体转换为多个逻辑实体；
2. 主要有两种虚拟技术：时分复用技术和空分复用技术。
3. 多个进程能在同一个处理器上并发执行使用了时分复用技术，让每个进程轮流占有处理器，每次只执行一小个时间片并快速切换。
4. 虚拟内存使用了空分复用技术，它将物理内存抽象为地址空间，每个进程都有各自的地址空间。地址空间和物理内存使用页进行交换，地址空间的页并不需要全部在物理内存中，当使用到一个没有在物理内存的页时，执行页面置换算法，将该页置换到内存中。

2.4 异步

异步指进程不是一次性执行完毕，而是走走停停，以不可知的速度向前推进。

3 基本功能

3.1 进程管理

进程控制、进程同步、进程通信、死锁处理、处理机调度等。

3.2 内存管理

内存分配、地址映射、内存保护与共享、虚拟内存等。

3.3 文件管理

文件存储空间的管理、目录管理、文件读写管理和保护等。

3.4 设备管理

完成用户的 I/O 请求，方便用户使用各种设备，并提高设备的利用率。

主要包括缓冲管理、设备分配、设备处理、虛拟设备等。

4 系统调用

4.1 概述

如果一个进程在用户态需要使用内核态的功能，就进行系统调用从而陷入内核，由操作系统代为完成。

4.2 Linux常用系统调用

Task	Commands
进程控制	fork(); exit(); wait();
进程通信	pipe(); shmget(); mmap();
文件操作	open(); read(); write();
设备操作	ioctl(); read(); write();
信息维护	getpid(); alarm(); sleep();
安全	chmod(); umask(); chown();

5 大内核和微内核

5.1 大内核

1. 大内核是将操作系统功能作为一个紧密结合的整体放到内核。
2. 由于各模块共享信息，因此有很高的性能。

5.2 微内核

1. 由于操作系统不断复杂，因此将一部分操作系统功能移出内核，从而降低内核的复杂性。移出的部分根据分层的原则划分成若干服务，相互独立。
2. 在微内核结构下，操作系统被划分成小的、定义良好的模块，只有微内核这一个模块运行在内核态，其余模块运行在用户态。
3. 因为需要频繁地在用户态和核心态之间进行切换，所以会有一定的性能损失。

6 中断

6.1 外中断

由 CPU 执行指令以外的事件引起，如 I/O完成中断，表示设备输入/输出处理已经完成，处理器能够发送下一个输入/输出请求。此外还有时钟中断、控制台中断等。

6.2 异常

由 CPU 执行指令的内部事件引起，如非法操作码、地址越界、算术溢出等。

6.3 陷入

在用户程序中使用系统调用。