1.1 操作系统的概念：

　1.1.1 什么是操作系统：

1. 控制和管理整个计算机系统的硬件和软件资源
2. 合理地组织调度计算机的工作和资源的分配
3. 提供给用户和其他软件方便的接口和环境
4. 是计算机最基本的系统软件

　1.1.2 操作系统的功能和目标：

1. 操作系统作为系统资源(资源：软件、硬件、文件等)的管理者，提供什么功能？　
   1. 提供功能：处理机管理(CPU)、存储器管理、文件管理、设备管理
   2. 目标：安全高效
   3. 理解案例：打开QQ和朋友聊天，QQ是软件，QQ的安装路径有组织存在操作系统(文件夹中)，QQ的程序相关数据放入内存，QQ相关的进程由CPU处理　　　
2. 操作系统作为用户与计算机硬件之间的接口，要为其上层的用户、应用程序提供简单易用的服务，需要实现什么功能？
   1. 提供功能：命令接口、程序接口、GUI(图形用户界面) <-- 这三个统称"用户接口"
      1. 命令接口：允许用户直接使用
         
         1. 联机接口：一句系统一执行(如：cmd，输入一个指令就执行一个指令)
         2. 脱机接口：一堆系统做一堆(如：如写程序在记事本，然后在程序)
      2. 程序接口：允许用户提供程序间接使用，程序接口=系统接口(如：通过程序，注意是程序，调用user32.dll，就是程序接口)
      3. GUI(图形用户界面)：图形用户接口(如：windows、安卓的图形页面就是)　　
   2. 目标：方便用户使用　　　　　　
3. 操作系统作为最近硬件的层次，需要在硬件的基础是实现什么功能？
   1. 提供功能：实现对硬件机机器的拓展(如：在裸机上安装操作系统，提高机器的使用能力)

　1.1.3 总结：

1. 操作系统是在硬件和应用程序的中间
2. 操作系统对系统如：CPU、进程等(叫做系统资源)进行管理
3. 提供接口给用户使用，一部分直接使用(如：cmd窗口)，一部分需要通过软件间接使用(如：user32.dll)
4. 操作系统主要目的：方便用户的使用

1.2 操作系统的特征：

　1.2.1 操作系统的特征有：并发、共享、虚拟、异步：

1. 并发：指两个或多个事务在同一时间内间隔发生(宏观上是同时发生，微观上就进行一次任务发生，因为它的交替执行)
   1. 并行：指两个或多个事务在同一时刻同时发生　
2. 共享：系统中的资源，提供内存中多个并发执行的进程使用
   1. 互斥共享方式：系统中的某些资源，可以提供给多个进程使用，但一个时间段只允许一个进程访问该资源(如：微信视频了，就不能在使用相机拍视频)
   2. 同时共享方式：系统中的某些资源，允许同一个时间段由多个进程“同时”进行访问(如：QQ和微信都发生文件，宏观是是同时发生，微观上是交替访问硬盘进行发生)　
3. 虚拟：把一个物理上的实体变成若干个逻辑上对应物，物理实体是时间存在，对应物是用户感受
   1. 理解案例：电脑只有4GB的运行内存，GTA5需要4GB来运行，当我玩GTA5，我又打开qq、微信、网易云这些原超4GB，还能运行用到的就是虚拟技术
   2. 虚拟技术分为：空分复用技术、时分复用技术
4. 异步：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，进程的这些不是一贯待到底，而是走走停停，以不可预知的速度推进
   1. 理解案例：一个电脑(人)，只有一个心(CPU)，现在要进行两段约会(两个进程)，当人把心给到第一个约会的人，第二个约会的人也向人要心，但心在约会一的手里，这就是可限的资源，导致走走停停

　1.2.1 并发性和共享性的关系：

1. 并发和共享是互为存在条件
   1. 没有并发，共享就失去意义
   2. 没有共享，就不行实现并发
2. 没有并发和共享，就谈不上性虚拟和异步，所有并发和共享是操作系统最基本的特征　

　1.2.3 总结：

1. 操作系统的特征：并发、共享、虚拟、异步
2. 没有并发和共享就没有，虚拟和异步
3. 并发和共享是相辅相成，是操作系统最基本的特征　　

1.3 操作系统的发展和分类：

  1.3.1 总结：

1. 每一代操作的跟新都是解决上一代操作的缺点

1.4 操作系统的运行机制与体系结构

　1.4.1 运行机制和体系结构分为：

1. 分为：运行机制、操作系统内核、操作系统的体系结构　　
2. 运行机制：两种指令、两种处理器状态、两种程序
   1. 两种指令：特权指令、非特权指令
      1. 特权指令：特殊的指令(不允许用户程序执行的指令)【通过处理器状态来标识只是可以使用】
      2. 非特权指令：普通的运算指令(允许用户程序使用)
   2. 两种处理器状态：核心态、用户态
      1. 用户态：只能执行非特权指令
      2. 核心态：特权指令、非特权指令都可以执行
      3. 怎么知道是用户、核心态，用程序状态寄存器中的某个标识来进行标识
      4. 用户态到->核心态是通过中断实现的。并且中断是唯一的途径
      5. 核心态->用户态执行一个特权指令，将程序状态的标志设置为：用户态
   3. 两种 程序：内核程序、应用程序
      1. 内核程序：操作系统的内核程序是系统的管理者，可以执行特权指令，也可以执行非特权指令，运行在核心态
      2. 应用程序：保证系统能安全运行，普通的应用程序只能执行非特权指令，运行在用户态　　
3. 操作系统内核分为：时钟管理、中断处理、原语、系统资源进行管理的功能
   1. 时钟管理：实现计时功能
   2. 中断处理：负责实现中断机制

   3. 原语：

   1. 一种特殊的程序
   2. 处于操作系统底层，最近硬件的部分
   3. 具有原子性，要么全执行，要么全步执行
   4. 运行时间短，调用频繁

   4. 系统资源进行管理的功能：(不同的操作系统，对这个也不同)

   1. 进程管理
   2. 存储器管理
   3. 设备管理
4. 操作系统的体系结构：大内核、微内核
   1. 大内核：
      1. 操作系统的主要功能都作为系统内核，运行在核心态
      2. 优点：高性能
      3. 缺点：内核代码大，结构混乱，难以维护
   2. 微内核：
      1. 只把基本的功能保留中内核
      2. 优点：内核功能少，结构清晰，方便维护
      3. 缺点：性能低，需要频繁地在用户态和核心态切换　　

　1.4.2 总结：

1. 运行机制：
   1. 特权指令(不允许用户程序使用)、非特权指令(不允许用户程序使用)
   2. 用户态(只能非特权指令)、核心态(在核心态可以使用特权指令，和非特权指令)
   3. 内核程序(运行在核心态，内核管理者)、应用程序(运行在用户态，保证系统安全运行)
2. 操作系统内核分为：时钟管理、中断处理、原语、系统资源进行管理的功能
   1. 这些都是管理操作系统

操作系统的体系结构：大内核、微内核

1.5 中断和异常

　　1.5.1 中断机制的诞生：

1. 实现多道程序并发执行而引入的一种技术

　　1.5.2 中断的概念和作用：

1. 概念：发生中断，意味着需要操作系统介入开展管理工作，CPU立即进入核心态
   1. CPU立即进入核心态理解：当执行“文件1”的时候处于用户态，“文件1”进行IO操作，CPU进入核心态，就会去判断执行到“文件2”
2. 作用：
   1. 用户态到->核心态是通过中断实现的。并且中断是唯一的途径

   1.5.3 中断的分类：

1. 内中断：CPU内部进行中断的信号

   1. 指令中断、硬件故障、软件中断
2. 外中断：CPU外部进行中断的信号　
   1. 外设请求、人工干预

　　1.5.4 外中断的处理过程：

　　1.5.5 总结：

1. 中断是为了解决多道程序并发执行，提高CPU的利用率
2. 中断分CPU外部和内部中断，
3. 外部中断会对当前的进程进行一个类型存档的操作

1.6 系统调用

　　1.6.1 什么是系统调用，和作用：

1. 系统调用：操作系统提供给应用程序使用的接口
   1. 应用程序提供系统调用来请求获取操作系统的服务
2. 作用：
   1. 系统调用会使处理器从用户态进入核心态
   2. 保证系统的稳定性和安全性
   3. 防止用户进行非法操作
3. 理解案例：如一个应用程序需要使用文件，那么该程序需要使用操作系统提供的接口来请求获取对文件的操作

　　1.6.2 什么资源需要操作系统的介入：

1. 分类：设备管理、文件管理、进程控制、进程通信、内存管理
2. 总结：与资源有关的操作，直接影响到其他进程的存在，一定需要操作系统介入

　　1.6.3 系统调用和库函数的区别：

1. 系统调用：是向上层提供的接口
2. 库函数：是对系统调用的进一步封装
3. 现在大多数的编程语言如C、java提供的库函数间接地进行系统调用

 　　1.6.4 系统调用背后的过程：

1. 传递系统调用参数
2. 执行陷入指令(执行陷入指令产生中断，使处理器从用户态进入核心态)
3. 执行系统调用相应服务程序
4. 返回用户程序
5. 细节：系统调用发生在用户态，系统调用的处理发生在核心态

　　1.6.5  总结：

1. 系统调用是提供给应用程序使用的接口，应用程序需要通过请求来获取操作系统的服务
2. 与资源，直接影响其他进程的存在，一定需要操作系统的进入，所有需要系统调用来实现
3. 系统调用是向上提供接口，库函数是对系统调用进一步封装
4. 系统调用发生在用户态，系统调用的处理发生在核心态