第一章 操作系统概述

概念、功能

操作系统四大特征

并发

• 并发：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。常考易混概念——并行：指两个或多个事件在同一时刻同时发生。

共享

• 共享即资源共享，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。
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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（后者）是用户感受到的。
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异步

• 异步是指，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。
• 如果失去了并发性，即系统只能串行地
  运行各个程序，那么每个程序的执行会
  一贯到底。只有系统拥有并发性，才有
  可能导致异步性。

**重要考点：

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的特征**

操作系统的发展与分类

操作系统的运行机制

内核程序 与 应用程序

• 由很多内核程序组成了“操作系统内核”，或简称“内核（Kernel）”
  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
• 用高级语言写的普通的程序：应用程序

特权指令 与 非特权指令

• 应用程序只能使用“非特权指令”
• 操作系统内核作为 “管理者”，有时会让CPU执行一些“特权指令”，如：内存清零指令。这些指令影响重大，只允许“管理者”——即操作系统内核来使用

内核态 与 用户态

• 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”
  别名：内核态=核心态=管态；用户态=目态

内核态、用户态 的切换

中断与异常

中断的作用

• “中断”会使CPU由用户态变为内核态，使操作系统重新夺回对CPU的控制权

中断类型

• 内中断

  • 与当前执行的指令有关，
    中断信号来源于CPU内部

• 外中断

  • 与当前执行的指令无关，
    中断信号来源于CPU外部

中断分类

回顾总结

操作系统的结构

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*

系统调用与函数库的关系

系统调用是必须的

一些用到系统调用的功能

• 系统中的各种共享资源都由操作系统内核统一掌管，因此凡是与共享资源有关的操作（如存储分配、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。
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系统调用过程

• 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

• 注意：1. 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

2. 发出系统调用请求是在用户态，而对系统调用的相应处理在核心态下进行

操作系统引导（Boot）

操作系统引导：

①CPU从一个特定主存地址开始，取指令，执行ROM中的引导程序（先进行硬件自检，再开机）
②将磁盘的第一块——主引导记录 读入内存，执行磁盘引导程序，扫描分区表
③从活动分区（又称主分区，即安装了操作系统的分区）读入分区引导记录，执行其中的程序
④从根目录下找到完整的操作系统初始化程序（即 启动管理器）并执行，完成“开机”的一系列动作

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

参考资料：王道考研
思维导图：第一章 操作系统概述思维导图