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操作系统三大作用：管理系统资源 向上层提供服务 最接近硬件的软件层次
一个程序想要被执行，首先得加载到内存中，然后才能被CPU处理
资源管理：
- 处理机管理
- 存储器存储器
- 文件管理
- 设备管理
向上层提供服务：
- GUI图形化用户接口
- 联机命令接口（交互式命令接口） 特点：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） 特点：用户说一堆，系统跟着做一堆【bat文件】
- 程序接口：程序员通过代码来间接使用（程序中进行系统调用来使用程序接口）
操作系统特征：
并发、共享（两个最基本的特征，二者互为存在条件） 虚拟、异步
并发和并行的区别：
并发是宏观上同时发生，微观上交替发生 并行就是同时发生（宏微观都是）
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
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
举例：如果有一个四核CPU，它可以并行执行四个程序，但是有五个程序想要"同时"运行时，依然要并发
共享是指资源可以被系统中并发执行的程序同时使用，共享存在两种方式：互斥共享和同时共享
- 互斥共享：资源可以给多个进程使用，但是同一时间只有一个进程可以访问资源
- 同时共享：一个时间段内多个进程可以"同时"访问同一个资源（宏观同时；微观交替）
虚拟这里举一个例子来说明，存在一个单核cpu的电脑，用户打开了若干个应用程序，提出问题：一个程序只有分配了CPU才可以正常运行，为什么依然可以同时运行这么多程序，这里就用到了虚拟处理器技术，实际上一个cpu，但是起到了让用户觉得有多个cpu服务感觉（时分复用，微观上处理机交替为进程服务）。还有一个虚拟机存储技术（空分复用），也是虚拟技术范畴。
异步：多个程序并发执行，但是执行并不是一路畅通到底，而是走走停停，以一种未知的速度向前推进。
- 手工操作阶段，缺点是人机速度矛盾，整个过程中，计算机运行只占很小一部分
- 批处理阶段
-
- 单道批处理（脱机输入/输出）优点：缓解人机速度矛盾 缺点：资源利用率依然很低
- 多道批处理 优：多道程序可以并发执行，利用率提升 缺：没有人机交互功能
- 分时操作系统：有人挤交互功能，但是不能优先处理紧急事件
- 实时操作系统（可以优先处理紧急事件）
-
- 硬实时系统 必须在绝对严格的规定时间内完成处理（导弹、自动驾驶）
- 软实时系统 偶尔可以违反时间规定（酒店订购）
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
应用程序只能使用非特权指令，内核程序可以使用特权指令
CPU有两种状态：内核态；用户态；
CPU中有一个程序状态寄存器，其中有一个二进制位，1代表内核，0代表用户
内核 →用户 通过一条特权指令
用户→内核 由中断引起，硬件自动完成
中断有两种类型：
- 内中断：与当前执行指令有关，中断信号来源于CPU内部
-
- 当执行到一些非法指令的时候；使用陷入指令的时候；....
- 外中断：与当前执行指令无关，中断信号来源于CPU外部
-
- 时钟中断；I/O中断；....
TIP：内中断也叫异常。通常有三种：
- 陷阱、陷入（trap）：陷入指令，应用程序故意引起的
- 故障（fault）：由错误条件引起，可能被内核程序修复，修复完成后会把CPU使用权还给应用程序
-
- 缺页故障
- 终止（abort）：由致命错误引起，内核无法修复，直接终止该应用程序
-
- 整数除0、非法使用特权指令
操作系统体系结构：
- 大内核：操作系统的主要功能都作为系统内核，运行在核心态
-
- 高性能
- 内核代码庞大，不易维护
- 微内核：最基本的功能留在内核
-
- 内核功能少，结构清晰，易于维护
- 需要频繁转换CPU状态，性能低
分层结构
特点：内核分多层，每层可单向调用低一层提供的接口
优点：
- 便于调试和验证
- 便于扩充和维护
缺点：
- 仅可调用相邻低层
- 效率低，系统执行时间长
模块化
特点：
- 内核=主模块+可加载内核模块
- 主模块只负责核心功能 可加载模块可以动态加载新模块到内核
优点：
- 易于维护，可以多模块同时开发
- 支持动态加载新模块
- 任何模块可以任意调用其他模块，效率高
缺点：
- 模块间的接口难以定义
- 模块间相互依赖，不易于调试和验证
外核
特点：
- 内核负责进程调度、进程通讯等功能
- 外核负责为用户进程分配硬件资源并负责保证资源使用安全
优点：
- 用户进程可以更加灵活使用硬件资源
- 减少了虚拟硬件资源的“映射层”，提高效率
缺点：
- 降低了系统的一致性
- 系统更加复杂
分区表：说明每个盘分别占多大的空间以及每个分区的地址范围
C盘中会有引导记录PBR，根目录，其他
主存中存在RAM和ROM，RAM中的数据断电后会清空，ROM则不会
第一类虚拟机 直接运行在硬件上
第二类虚拟机 运行在宿主操作系统
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