1. 操作系统的概念
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操作系统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。简单来说，操作系统具有以下三个概念：
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操作系统是系统资源的管理者
- 提供的功能：处理机管理、存储器管理、文件管理、设备管理
- 实现的目标：安全、高效
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操作系统向上层提供方便易用的服务
- 给用户的服务：GUI（图形化用户接口）、联机命令行接口、脱机命令行接口（win中.bat、Linux中.sh）
- 给软件/程序员的服务：程序接口
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操作系统作为最接近硬件的层次
- 实现对硬件机器的扩展，把硬件资源合理组织起来协调工作
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2. 操作系统的四大特征
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并发：指两个或多个事件在同一时间间隔内发生。这些事件宏观上同时发生的，但微观上交替发生的。
- 易混概念并行：指两个或多个事件在同一时刻同时发生
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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。
- 互斥共享方式：系统中的资源，一个时间段内只允许一个进程访问该资源（如同一个设备在微信和QQ中不能同时使用视频，同一时间摄像头资源只能给其中一个进程）
- 同时共享方式：系统中的资源，一个时间段内由多个进程“同时”进行访问该资源（宏观上同时访问，微观上交替访问）
- 并发和共享的关系：互为互斥条件
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虚拟：把一个物理上的实体变为若干个逻辑上的对应物。
- 虚拟存储器技术：空分复用技术
- 虚拟处理器技术：时分复用技术
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异步：在多道程序环境下，允许多个程序并发执行，由于资源有限，进程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，这是进程的异步性。
3. 操作系统的发展和分类
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手工操作阶段
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批处理阶段
- 单道批处理系统
- 多道批处理系统
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分时操作系统
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实时操作系统
- 硬实时操作系统（时间要求严格）
- 软实时操作系统（时间要求相对宽松）
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网络操作系统
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分布式系统
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个人操作系统
4. 操作系统的运行机制
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两种指令
- 特权指令：只能由操作系统内核使用
- 非特权指令：由普通应用程序使用
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两种CPU状态
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内核态：程序状态字寄存器，“1”表示“内核态”，不同的CPU使用不同的二进制位标识，不一定是”1“
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用户态：程序状态字寄存器，“0”表示“用户态”，不同的CPU使用不同的二进制位标识，不一定是”0“
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内核态与用户态的切换
- 内核态→用户态：执行一条特权指令——修改PSW的标志位为”用户态“，意味着操作系统主动让出CPU使用权
- 用户态→内核态：由”中断“引发，硬件自动完成变态的过程，触发中断信号意味着操作系统将强行夺回CPU的使用权
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5. 操作系统的中断和异常
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中断类型
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内中断（也称异常、例外）：
- 与当前执行的指令有关，中断信号来源于CPU内部（例如：试图在用户态下执行特权指令）
- 若当前执行的指令是非法的，则会引发内中断信号
- 执行陷入指令（非特权指令），应用程序主动地交还给操作系统内核
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外中断（也称”中断“）
- 与当前执行的指令无关，中断信号来源于CPU外部
- 时钟中断——由时钟部件发来的中断信号
- I/O中断——由输入/输出设备发来中断信号
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中断基本原理
- 不同的中断信号，需要不用不同的中断处理程序来处理。当CPU检测到中断信号后，会根据中断信号类型去查询”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。简而言之，是通过”中断向量表“实现的。
6. 操作系统的系统调用
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系统调用的概念：操作系统提供给应用程序（程序员）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，应用程序可以通过系统调用来请求获得操作系统内核的服务。
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系统调用和库函数的区别
- 系统调用更为底层
- 涉及操作系统的库函数封装系统调用，向上提供接口
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系统调用的功能：
- 设备管理：完成设备的请求/释放/启动等功能
- 文件管理：完成文件的读/写/创建/删除等功能
- 进程控制：完成进程的创建/撤销/阻塞/唤醒等功能
- 进程通信：完成进程之间的消息传递/信号传递等功能
- 内存管理：完成内存的分配/回收等功能
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系统调用的过程
- 传递系统调用参数→执行陷入指令（trap指令=访管指令）（用户态）→由操作系统的内核程序处理系统调用（核心态）→返回应用程序
7. 操作系统的体系结构
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大内核
- 将操作系统的主要功能模块都作为系统内核，运行在核心态
- 优点：高性能
- 缺点：内核代码庞大、结构混乱、难以维护
- 例子：Linux、UNIX
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微内核
- 只把最基本功能保留在内核
- 优点：内核功能少、结构清晰、方便维护
- 缺点：需要频繁地在核心态和用户态间切换，性能低
- 例子：Windows NT 8. 总结
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重点关注内核态和用户态的切换，并发和并行区别，面试常问问题
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熟悉程序执行在操作系统层面的简单处理过程，加深对程序运行的理解
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请各位大佬发现错误，能指导菜鸟小弟
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菜鸟也想努力进大厂，加油
