操作系统(Operating System，OS) 是指控制和管理整个计算机系统的硬件和软件资源，并合理地调度计算机的工作和资源分配，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。

eg:进程是一个程序执行过程，执行前需要将该程序放到内存中，才能被CPU处理。

功能:

目标：

理解并发和并行的区别，并发和共享互为存在条件，没有并发和共享，就谈不上虚拟和异步，因此并发和共享是操作系统的两个最基本特征

特征

​ 互斥共享：系统中的某些资源，虽然可以提供给多个进程使用，但一个时间段内只允许一个进程访问该资源。

​ 同时共享：系统中的某些资源，允许一个时间段内由多个进程“同时”对它们进行访问。(宏观上是同时，微观上可能是交替对资源进行 访问，即分时共享)。

​ eg：使用QQ发送文件A，使用微信发送文件B

​ 两个进程正在并发执行(并发性)

​ 需要共享地访问硬盘资源(共享性)

​ eg：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(互斥共享)

​ 使用QQ发送文件A，同时使用微信发送文件B，宏观上看，两边都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 中读取数据。从微观上看，两个进程是交替着访问硬盘的(互斥共享)。

​ eg：一个程序需要放入内存并给他分配CPU才能执行，那么为什么单核CPU可以同时运行多个程序。因为虚拟处理技术，实际上只有 一个单核CPU，在用户看来似乎由多个CPU同时为自己服务。

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。

eg：

手工操作阶段： 早期的操作方式是由程序员将事先已经穿好孔的纸带(或卡片)，装入纸带输入机(或卡片输入机)，再启动它们将纸带(或卡片)上的程序和数据输入计算机，然后启动计算机运行。仅当程序运行完毕并取走计算结果后，才允许下一用户上机。

缺点： 1).用户独占全机。即一台计算机的全部资源由上机用户所独占。

​ 2).人机速度矛盾导致资源利用率极低。CPU等待人工操作。当用户进行装带(卡)、卸带(卡)等人工操作时，CPU及内存等资源是空闲的。

单道批处理系统： 引入脱机输入/输出技术(用磁带完成)，并监督程序负责控制作业的输入、输出。

利用外围机把纸带读入磁带

优点：(自动性)缓解了一定程序的人机速度矛盾，资源利用率有所提升。

缺点：(顺序性、单道性)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有大量的时间是在空闲等待I/O完成。资源利用率依然很低。

多道批处理系统： 允许多个程序同时进入内存并允许他们在CPU中交替地运行。这些程序共享系统中的各种硬/软件资源。当一道程序因I/O请求而暂停运行时，CPU便立即转去运行另一道程序。

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和其他资源保持"忙碌"状态，系统吞吐量大。

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)。

分时操作系统： 计算机以时间片为单位，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。

优点： 用户请求可以被即时响应，解决了人机交互问题。允许多个用户同时使用同一台计算机，并且用户对计算机的操作相互独立，感受不到别人的存在。

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： 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时件。实时操作系统的主要特点是及时性和可靠性。分时操作系统分为硬实时系统和软实时系统。硬实时系统： 必须在绝对严格的规定时间内完成处理。eg：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。eg：12306火车订票系统。

优点： 能够优先响应一些紧急任务，某些紧急任务不需要时间片排队。

以下做简单了解

网络操作系统：是伴随着计算机网络的发展而诞生的，能把网络中各个计算机有机地结合起来，实现数据传送等功能，实现网络中各种资源地共享(eg：文件共享)和各台计算机之间地通信(eg：Windows NT就是一种典型地网络操作系统，网站服务器就可以使用)。

分布式操作系统：主要特点是分布性和并行性。系统中的各台计算机地位相同，任何工作都可以分布在这些计算机上，由它们并行、协同完成个人任务。

个人计算机操作系统：eg：Windows XP、MacOS，方便个人使用。

指令与代码有什么区别？

eg：

指令就是处理器(CPU)能识别、执行的最基本命令。

新的问题：有的指令“人畜无害”。有的指令有很高的权限，eg：内存清零指令，如果用户程序可以使用这个指令，就意味着一个用户可以将其他用户的内存数据随意清零，这样做很危险。

特权指令：如内存清零指令，不允许用户程序使用。

非特权指令：如普通的运算指令。

核心态(管态）：特权指令,非特权指令都能执行。

用户态(目态)：只能执行非特权指令。

####　两种程序

内核程序:操作系统的内核程序是系统的管理者,既可以执行特权指令,也可以执行非特权指令,运行在核心态。

应用程序：为了保证系统运行安全，普通应用程序只能执行非特权指令，运行在用户态。

内核是计算机上配置的底层软件，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。

大内核：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。优点，高性能。缺点，内核代码庞大，结构混乱，难以维护

微内核：只要把基本的功能保留在内核。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。

eg：操作系统地体系结构问题与企业管理问题很相似。

内核就是企业的管理层，负责一些重要地工作。只有管理层才能执行特权指令，普通员工只能执行非特权指令。用户态、核心态之间地切换相当于普通员工和管理层之间的工作交接。

大内核：企业初创时体量不大，管理层的人会负责大部分的事情。优点是效率高，缺点是组织结构混乱，难以维护。

微内核：随着企业体量越来越大，管理层只负责最核心的一些工作。优点是组织结构清晰，方便维护。缺点是效率低。

各个程序只能串行执行，系统资源利用率低。

中断机制的诞生：为了解决资源利用率低，人们发明了操作系统(作为计算机的管理者)，引入中断机制，实现了多道程序并发执行。

本质：发生中断就意味着需要操作系统介入，开展管理工作。

​ 发生了中断，就意味着需要操作系统介入，开展管理工作。由于操作系统的管理工作(比如进程切换、分配I\O设备等)需要使用特权指令，因此CPU要从用户态转换为核心态。中断可以使CPU从用户态切换为核心态，使操作系统获得计算机的控制权。有了中断，才能实现多道程序并发执行。

2：30-6：20有详细讲解动画过程。

王道计算机考研 操作系统

用户态、核心态之间的切换是怎么实现的？

用户态→核心态是通过中断实现的。并且中断是唯一途径。

核心态→用户态的切换是通过执行一个特权指令，将程序状态字(RSW)的标志位设置为“用户态”

外中断的处理过程

什么是系统调用？有什么作用？ 操作系统作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，应用程序可以发出系统调用请求来获得操作系统的服务。

应用程序通过系统调用请求操作系统的服务，系统中的各种共享资源都由操作系统统一掌管，因此在用户程序中，凡是与资源有关的操作(如储存分配、I/O操作、文件管理等)，都必须通过系统调用的方式向操作系统提供服务请求，由操作系统代为完成，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。

系统调用与库函数的区别

系统调用背后地过程

进程的概念

进程的组成

进程(进程实体)由程序段、数据段、PCB三部分组成。

进程的组织

在一个系统中，通常有数十、数百乃至数千个PCB。为了能对他们加以有效的管理，应当用适当的方式把这些PCB组织起来。 注：进程的组成讨论的是一个进程内部由哪些部分构成的问题，而进程组织讨论的是多个进程之间的组织方式问题。

链接方式

索引方式

进程的特征

进程和程序是两个截然不同的概念，相比于程序，进程拥有以下特征：

进程是程序的一次执行。在这个执行过程中，有时进程正在被CPU处理，有时需要等待CPU服务，可见，进程的状态是会有各种变化。为了方便对各个进程的管理，操作系统需要将进程合理地划分为几种状态。

三种基本状态

运行态：占有CPU，并在CPU上运行 就绪态：已经具备运行条件，但由于没有空闲CPU，而暂时不能运行。 阻塞态：因等待某一事件而暂时不能运行。 注意单核处理机环境下，每一时刻最多只有一个进程处于运行态。双核环境下可以同时有两个进程处于运行态。

另外另种状态

创建态：进程正在被创建，操作系统为进程分配资源、初始化PCB。

终止态：进程正在从系统中撤销，操作系统回收进程拥有的资源、撤销PCB。

进程的状态转换

什么是进程控制？ 进程控制的主要功能是对系统中的所有进程实施有效的管理，它具有创建新进程、撤销已有进程、实现进程状态转换等功能。 简单理解：进程控制就是要实现进程状态转换。