概念

操作系统是运行在计算机上最重要的一种软件，它管理计算机的资源和进程以及所有的硬件和软件。它为计算机硬件和软件提供了一种中间层

操作系统功能

• 向上层提供方便易用的服务
• 管理系统资源

进程管理

内存管理

文件管理

设备管理

• 作为用户和硬件之间的接口

提供的功能

• 命令接口（用户直接使用）

  • 联机命令接口：用户说一句，系统做一句---控制命令窗口
  • 脱机命令接口（批处理命令接口）：用户说一堆，系统做一堆---bat脚本

• 程序接口（用户通过程序调用间接使用）

  • 由一组系统调用组成（程序接口=系统调用=广义指令）--- .dll文件

• GUI（图形界面）

实现对硬件机器的拓展，将裸机改造成功能更强、使用更方便的机器

通常把覆盖了软件的机器称为扩充机器，又称之为虚拟机

操作系统特征

并发、共享（两个最基本特征，二者互为存在条件）

虚拟、异步

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。

并行：指两个或多个事件在同一时刻同时发生。

注意：

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

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

  • 系统中的某些资源，虽然可以提供给多个进程使用，但一个时间段内只允许一个进程访问该资源

• 同时共享

  • 系统中的某些资源，允许一个时间段 内由多个进程“同时”对它们进行访问

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）

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。

如果失去并发性，则系统中只有一个 程序正在运行，则共享性失去存在的下意义

如果失去共享性，则QQ和微信不能同时访问硬盘资源，就无法实现同时发送文件，也就无法并发

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。

虚拟比如说内存只有4GB，但是却能装的下6GB的应用程序，把物理实体变为逻辑上的对应物，后面的6GB内存是用户感知到的，这就是虚拟。

虚拟技术中的“空分复用技术” ：实际只有4GB的内存，在用户看来似乎远远大于4GB---虚拟存储器

虚拟技术中的“时分复用技术”。微观上处理机在各个微小的时间段内交替着为各个进程服务---虚拟处理器

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。

如果失去了并发性，即系统只能串行地 运行各个程序，那么每个程序的执行会一贯到底。只有系统拥有并发性，才有可能导致异步性。

中断和异常

引入中断机制，实现了多道程序并发执行

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

“中断”是让操作系统内核夺回CPU使用权的唯一途径

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”，这个动作意味着操作系统将主动让出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

中断的分类：

• 内中断：（异常、例外、陷入）

  • 与当前执行的指令有关，中断信号来源于CPU内部

    • 自愿中断--指令中断

    • 强迫中断

      • 硬件故障：缺页
      • 软件中断：整除0

• 外中断（中断）

  • 与当前执行的指令无关，中断信号来源于CPU外部

    • 外设请求：I/O
    • 人工干预：用户强行终止

系统调用

操作系统作为用户和计算机硬件之间的接口，需要向上提供一些简单易用的服务。主要包括命令接口和程序接口。其中，程序接口由一组系统调用组成。.

定义：

“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，应用程序可以发出系统调用请求来获得操作系统的服务。

会从用户态切换到核心态

为什么要提供系统调用的功能？

操作系统使用共享资源，只能通过系统调用向操作系统发出请求。操作系统会对各个请求进行协调管理。不然会出现混乱

作用

资源统一安全调配

应用程序通过系统调用请求操作系统的服务。系统中的所有资源由操作系统统一调配，要调用资源，必须通过系统调用的方式向操作系统提出请求。这样可以保证系统的稳定性和安全性，防止用户进行非法操作

系统中的各种共享资源都由操作系统统一掌管，因此在用户程序中，凡是与资源有关的操作( 如存储分配、I/O操作、文件管理等)，都必须通过系统调用的方式向操作系统提出服务请求，由操作系统代为完成。这样可以保证系统的稳定性和安全性，防止用户进行非法操作。