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操作系统的定义
操作系统（Operating System）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。
操作系统的特征
并发
并发：指两个或多个事件在同一时间内发生，这些时间宏观上是一起发生的，微观上是交替发生的
并行：指两个或多个事件在同一时刻发生
操作系统的并发性：指计算机系统中"同时"运行多个程序，但微观上是交替运行的。但操作系统往往会运行多个程序，所以操作系统和程序并发是一起诞生的。
计算机单核CPU：同一时刻只能执行一个程序，各个程序只能并发执行
计算机多核CPU：同一时刻能执行多个程序，程序运行数在小于cpu核数的时候可以并行执行，或者可以并行执行一个程序的多个线程
***现代很多CPU（如Intel HT或AMD SMT）支持超线程，一个物理核心可以模拟出来两个逻辑核心，这样操作系统会看到双倍数量的CPU
共享
共享：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
同时共享方式的同时，微观上是指这些进程可能交替地对资源进行访问（分时共享）
操作系统的共享性：是指操作系统中的资源可供内存中多个并发执行的程序使用
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，而逻辑上对应物是用户感受到的。
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。
虚拟技术通过资源复用来实现。
空分复用技术：将物理资源从"空间"上划分多个虚拟部分，供多个用户/程序使用。例如虚拟存储器技术，它将物理内存和磁盘空间结合起来，为每个程序提供一个远大于实际物理内存的、独立的连续地址空间。
时分复用技术：将物理资源从"时间"上划分，不同用户/程序轮流使用。例如虚拟处理器技术，它通过操作系统的时间片调度，一个物理CPU核心可以被多个程序"感觉"被自己独占使用，从而虚拟出多个逻辑CPU
正是因为系统需要同时处理多个任务 （并发执行），才使得通过复用技术来为每个任务创建"虚拟独占"资源环境变得至关重要。没有并发性，虚拟性就失去了意义
异步
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。
只有程序拥有并发性，才可能会导致异步性。
操作系统的分类和发展
操作系统的运行机制
二进制机器指令就是处理器CPU能识别、执行的最基本命令。
在CPU设计和生产的时候就划分了特权指令和非特权指令，CPU执行一条指令前就可以判断出其类型。
CPU怎么区分指令类型？
CPU有两种状态，"内核态（核心态=管态）"和"用户态（目态）"。
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。
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。
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-用户态的切换？
内核态->用户态
执行一条特权指令，修改PSW寄存器的标志位为"用户态"，这意味着操作系统主动让出CPU的使用权
用户态->内核态
由"中断"引发，硬件自动完成从用户态到内核态的过程，触发中断信号意味着操作系统重新夺回CPU的使用权。但凡是需要操作系统介入的情况，都会触发中断信号。
中断和异常
中断的类型
内中断也可以被称为异常，中断通常指的外中断。
陷入指令：会触发内中断信号，该中断由陷入指令引发，因此转入相应的中断处理程序--即系统调用的入口程序。
中断机制的基本原理
不同的中断信号，需要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。
系统调用
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获得操作系统内核的服务。系统调用是用户程序向操作系统内核请求服务的唯一正式接口，用于访问受保护的硬件和核心资源。
系统中的各种共享资源都是由操作系统内核统一掌管的，凡是与共享资源有关的操作（IO操作、存储分配、文件管理等），都必须通过系统调用的方式向操作系统内核提出服务请求，由操作系统内核代为完成，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。
linux可以通过man syscalls查看系统调用的接口有哪些。
系统调用过程
陷入指令是在用户态执行的，执行陷入指令后立即引发一个内中断，使CPU进入核心态。
发出系统调用请求是在用户态，而对系统调用的相应处理是在核心态下完成的。
操作系统的体系结构
大内核
将操作系统的主要功能模块都作为系统内核，典型的大内核操作系统：Linux，Unix
小内核
只把最基本的功能保留在内核
操作系统结构的分类
分层结构
模块化
外核
操作系统引导
虚拟机
虚拟机：使用虚拟化技术，将一台物理机器虚拟化为多台虚拟机器（Virtual Machine，VM），每个虚拟机器都可以独立运行一个操作系统。
虚拟机管理程序=虚拟机监控程序=Virtual Machine Monitor=Hypervisor
虚拟机分类
直接运行在硬件上和运行在宿主操作系统上
虚拟机对比
