概念：
1.系统资源的管理者：实质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地工作和资源的分配
2.向上层提供方便易用的服务：以提供给用户和其他软件方便接口和环境
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
接口：
GUI：图形化接口
- 用户可以使用形象的图形界面进行操作，而不再需要记忆复杂命令、参数。
联机命令接口实例：=交互式命令接口（用户说一句，系统跟着做一句）
脱机命令接口：=批处理命令接口
程序接口：可以子啊系统中进行系统调用来使用程序接口。普通用户不能直接使用程序接口，只能通过程序代码间接使用
3.是最接近硬件的软件： 他是计算机系统中最基本的系统软件
补充：执行一个程序前需要将该程序放到内存中，才能被CPU处理
四个特征：
并发：
概念：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
易混淆：并行：指两个或多个事件在同一时刻同时发生
作用：操作系统就是伴随着"多道程序技术"而出现的。因此，操作系统和程序并发是一起诞生的
注：
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同一时刻可以执行多个程序，多个程序可以并行执行
共享：
概念：即资源共享，是指系统中地资源可供内存中多个并发执行地进程共同使用
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。宏观上来看，量比安都是在同时读取并发送文件，说明两个进程都在访问硬盘资源，从中读取书就，从微观上来看，两个进程是交替访问硬盘的。
虚拟：
概念：是指把一个物理上的实体变为若干个逻辑上的对应物，物理实体是实际存在的，而逻辑上对应物是用户感受到的
"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
异步：
概念：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。
发展与分类：
手工操作阶段：
主要缺点：用途用户独占全机、人机速度矛盾导致资源利用率降低
批处理阶段：
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，资源利用率有所提升
主要缺点：内存中仅能有一道程序运行，只有该程序运行结束之后才能调入下一道程序。CPU有大量时间是在空闲等待I/0完成。资源利用率依然很低
多批道处理系统（操作系统开始出现）
主要优点：多道程序并发 执行，共享计算机资源。资源利用率大幅提升，CPU和其他资源更能保持"忙碌"状态不，系统吞吐量增大
主要缺点：用户响应时间长，没有人机交互功能（用户提交自己的作业之后就只能等待计算机处理完成，中间不能控制自己的作业执行）【无法调试程序/无法在程序运行过程中输入一些参数】
分时操作系统
概念：计算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：用户请求可以被时间即时响应，解决了人机交互问题。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：不能优先处理一些紧急任务。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
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
概念：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及时性和可靠性
硬实时系统：必须在绝对严格的规定时间内完成处理【如：导弹控制系统、自动驾驶系统】
软实时系统：能接受偶尔违反时间规定【如：12306火车订票系统】
网络操作系统
分布式操作系统
个人计算机操作系统
运行机制
预备知识：
程序是如何运行的？
程序运行的过程其实就是CPU执行的一条一条的机器指令的过程
应用程序：是我们普通程序员写的程序
内核程序：微软、苹果有一帮人负责实现操作系统，他们写的就是"内核程序"
内核：是操作系统最重要最核心的部分，也是最接近硬件的部分
特权指令V.S.非特权指令
概念：在CPU设计和生产的时候就划分了特权指令和非特权指令，因此CPU执行一条指令前就能判断出其类型
内核态V.S.用户态
内核态【核心态】【目态】：当CPU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
用户态【管态】：当CPU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"
内核态->用户态：执行一条特权指令------修改PSW的标志为"用户态"，这个动作意味着操作系统将主动让出CPU得 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其强行夺回CPU的使用权【除了非法使用权指令之外，还有很多事件会触发中断信号。一个共性是，但凡需要操作系统介入的地方，都会触发中断信号】
中断和异常
作用：
在合适的情况下，操作系统的内核会把CPU的使用权主动让给应用程序，中断是让操作系统内核夺回CPU使用权的唯一途径
中断会使CPU由用户态变为内核态，是操作系统重新夺回对CPU的控制权
类型：
内中断【异常】：与当前执行的指令有关，中断信号来源于CPU内部
例子：有时候应用程序想请求操作系统内核的服务，此时会执行一条特殊的指令------陷入指令，该指令会引发一个内部中断信号
陷入指令：执行陷入指令，意味着应用程序主动地将CPU控制权还给操作系统内核。系统调用就是通过陷入指令完成的
陷阱、陷入（trap）:由陷入指令引发，是应用程序故意引发的
故障(fault):由错误条件引起的，可能被内核程序修复。内核程序修复故障后会把CPU使用权还给应用程序，让它继续执行下去。如：缺页故障
终止（abort）:由致命错误引起，内核程序无法修复该错误，因此一般不再将CPU使用权还给引发终止的应用程序，而是直接终止该应用程序。如：整数0、非法使用特权指令
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
时钟中断------由时钟部件发来的中断信号
I/O中断------由输入/输出设备发来的中断信号
基本原理：
概念：不同的中断信号，需要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
显然，中断处理程序一定是内核程序，需要运行在"内核态"
系统调用
概念：
操作系统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
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，应用程序可以通过系统调用来请求或获得操作系统内核的服务
与库函数的区别：
意义：
由操作系统内核对共享资源进行统一的管理，并向上提供"系统调用"，用户进程想要使用打印机这种共享资源，只能通过系统调用向操作系统内核发出请求。内核会对各个请求进行协调处理
分类：
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
过程：
大致过程：传递系统调用参数->执行陷入指令(用户态)->执行相应的内请求核程序处理系统调用（核心态）->返回应用程序
注意：
陷入指令是在用户态执行的，执行陷入指令之后立即引发一个内中断，使CPU进入核心态
发出系统调用请求实在用户态，而对系统调用的相应处理在核心态下进行
结构：
大内核（宏内核、单内核）：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
作用：
内核是操作系统最基本、最核心的部分
实现操作系统内核功能的那些程序就是内核程序
注意：
操作系统内核需要运行在内核态
操作系统的飞内核功能运行在用户态
变态的过程是有成本的，要消耗不少时间，频繁地变态会降低系统性能
分类：
进程管理
存储器管理
设备管理
微内核（时钟管理、存储器管理、原语）
优点：高性能
缺点：内核代码庞大，结构混乱，难以维护
微内核：只把最基本的功能保存在内核
分类：
时钟管理
中断处理
原语（设备驱动、CPU切换等）
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之间切换，性能低
分层结构：
概念：
最底层是硬件，最高层是用户接口
每层可调用更低一层
优点：
便于调试和验证，自底向上逐层调试验证
易扩展和易维护，各层之间调用接口清晰固定
缺点：
仅可调用相邻低层，难以合理定义各层的边界
效率低下，不可跨层调用，系统调用执行时间长
模块化：
概念：
模块化是将操作系统按功能划分为若干个具有一定独立性的模块。每个模块具有某方面的管理功能，并规定好各模块间的接口，使各模块之间能通过接口进行通信。还可以进一步将各模块细分为若干个具有一定功能的子模块，同样也规定好各子模块之间的接口。把这种设计方法成为模块-接口法