接口向上层提供的服务：
- GUI
- 联机接口：交互式接口
- 脱机接口：执行批处理文件
- 程序接口：系统调用
操作系统四大特征：
- 并发性
- 共享性【资源共享：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：比如手机只有一个摄像头，当你视频的时候就不能拍照
- 同时共享：QQ和微信同时发送文件，都需要访问硬盘资源，这时就是交替访问；比如游戏声音+音乐声音
- 虚拟
- 时分复用：在单核CPU上，能够跑多个软件，就用到了时分复用技术，物理上一个CPU，逻辑上多个
- 空分复用：虚拟存储技术，虚拟地址空间，每个进程都有自己独立的虚拟地址空间，空间总量可能会超过本机，但是本机存储的只有正在使用到的，这就不会出问题，MTU 将虚拟地址映射为实际地址
- 异步：操作系统的随机调度性
操作系统发展历程
- 手工操作阶段：纸袋机【人工在纸袋上写好东西，然后喂给计算机，然后计算机执行输出对应结果，程序员再去取出】 - 缺点：用户独占、计算机利用率低
- 单道批处理：引入了脱机输入输出技术【引入了外围机 + 磁带完成】，外围机可将执行程序存到磁带上，然后有个监督程序从磁带进行读取【加快了输入输出速度】，最后执行完成在输出到另一个磁带上【提高了资源利用率】，但是仅能执行一个程序，资源利用率还是很低，CPU有大量的时间在等待着I/O完成【计算时，输入输出设备全都空闲等待，能不能让程序在执行时，输入设备读取下一个程序】
- 多道批处理【操作系统诞生，并发出现，只会在当前并发任务下进行随即调度；新添加的任务不会】 - 极大的提高了CPU的利用率，缺点：无人机交互，无法进行人为干预
- 分时操作系统：时间片轮转，解决了人机交互，用户请求可以及时被响应；缺点：不能优先处理紧急任务
- 实时操作系统：可以优先处理一些紧急任务，及时、可靠
- 硬实时操作系统：自动驾驶
- 软实习操作系统：12306购票
操作系统运行机制
- 只有CPU处于内核态，才是操作内核程序，可以执行特权指令
- 若CPU处于用户态，那么只能够操作应用程序执行非特权指令
- CPU如何知道自己所处的状态：PSW 寄存器
- CPU如何进行状态切换的
- 电脑开机，CPU需要执行初始化程序，此时处于内核态
- 当一个应用程序要上CPU的时候，操作系统会在允许的情况下，使用一条特权指令释放内核程序的使用权【修改PSW寄存器的值】
- 此时应用程序就运行在用户态了
- 如果此时，黑客写了一条特权指令，交给CPU运行
- CPU会发现该指令是特权指令，然后自己又处于用户态，那么会发生一个中断信号，把CPU的使用权交给内核程序
- 内核程序针对该中断信号指令也会有对应的处理机制，处理完成后再交给应用程序
中断
作用
- 为了保护操作系统
- 实现并发【操作系统对线程的调度中断是前提，中断是操作系统夺回应用程序CPU执行权的唯一途径】
类型
- 内中断：由当前执行的指令触发的，再CPU内部触发【终止、陷入、故障三大类】
- 应用程序执行特权指令 - 终止
- 代码中的运行时异常【比如 /0】 - 终止
- 陷入指令【非特权指令】 - 比如 printf 打印【用户态】，而代码底层需要执行 write 指令操作硬件的【内核态操作硬件】，就会使用一个陷入指令让CPU状态切换
- 程序运行中发生故障，但是操作系统能给修复，比如：缺页故障，操作系统自身发生的异常 故障
- 外中断：可能由硬件进行触发，不管CPU啥事【每执行一条指令，就需要检查是否由外中断发生】
- 时钟中断：相当于分时，到时间了就自动触发状态切换，然后随机调度上CPU【并发】
- 硬件中断：比如操作系统调用了打印机打印，然后CPU还在运行其他的程序，当打印机完成工作后，需要通知一下操作系统，然后操作系统从等待打印机的资源中挑选一个上打印机打印
实现原理
每种中断都有类型的，每种类型对应的处理机制再一张表中都有存储
系统调用
凡是涉及到共享资源的使用，都会涉及到系统调用，系统调用的目的就是：如果某个线程访问了共享资源，而该共享资源需要互斥进行访问，这时需要操作系统来进行分配，比如：【创建文件、使用打印机等】
分类
- 设备管理 - 打印机
- 文件管理 - 创建文件
- 进程控制 - 创建、阻塞、唤醒
- 进程通信 - 一个主机上，多个程序间的通信
- 内存管理 - 分配回收内存资源
执行过程
先会传递该系统调用所需要的参数到寄存器，传递完成后进行陷入指令的中断处理，然后根据参数执行不同类型的中断程序
体系结构
大内核与微内核
