一、操作系统的概念（定义）
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? ? ? ?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。
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?1.1 作为系统资源的管理者
补充：进程是一个程序的执行过程。执行前需要将该程序放到内存中，才能被CPU处理。?
1.2??作为用户和计算机硬件之间的接口
命令接口：允许用户直接使用
程序接口：允许用户通过程序间接调用
GUI：现代操作系统中最流行的图形用户接口
GUI:图形用户界面(Graphical User Interface )
用户可以使用形象的图形界面进行操作，而不再需要记忆复杂的命令、参数。
例子:在Windows操作系统中，删除-一个文件只需要把文件“拖拽”到回收站即可。
1.3 作为最接近硬件的层次
? ? ? 需要提供的功能和目标: 实现对硬件机器的拓展没有任何软件支持的计算机称为裸机。在裸机上安装的操作系统,可以提供资源管理功能和方便用户的服务功能，将裸机改造成功能更强、使用更方便的机器。
? ??通常把覆盖了软件的机器成为扩充机器，又称之为虚拟机
1.4 小结
二、操作系统的四个特征
操作系统的特征：并发、共享、虚拟、异步
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2.1 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。
并行:指两个或多个事件在同一时刻同时发生。
操作系统的并发性：指计算机系统中同时存在着多个运行着的程序。
一个单核处理机(CPU) 同一时刻只能执行-一个程序，因此操作系统会负责协调多个程序交替执行(这些程序微观.上是交替执行的，但宏观上看起来就像在同时执行)
事实上，操作系统就是伴随着“多道程序技术”而出现的。因此，操作系统和程序并发是一起诞生的。
当今的计算机，一般都是多核CPU，比如Intel 的第八代i3处理器就是4核CPU
这意味着同一时刻可以有4个程序并行执行，但是操作系统的并发性依然必不可少
当代人使用计算机绝对有4个以上的程序需要同时工作。
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2.2? 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。
互斥共享方式：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。
同时共享方式：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
所谓的“同时”往往是宏观上的，而在微观上，这些进程可能是交替地对该资源进行访问的(即分时共享)
生活实例: 互斥共享方式:使用QQ和微信视频。同- -时间段内摄像头只能分配给其中一个进程。
?并发和共享的关系
并发性?指计算机系统中同时存在着多个运行着的程序。
共享性?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。
如果失去并发性，则系统中只有一个程序正在运行，则共享性失去存在的意义
如果失去共享性，则QQ和微信不能同时访问硬盘资源，就无法实现同时发送文件，也就无法并发
?2.3 虚拟
? ?虛拟是指把一个物理.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。
? ?背景知识:一个程序需要放入内存并给它分配CPU才能执行。
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
2.4? 异步
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? ? ?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- -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。
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?显然，如果失去了并发性，则系统只能串行地处理各个进程，每个进程的执行会一贯到底。只有系统拥有并发性，才有可能导致异步性。
?三、 OS 的发展与分类
?3.1 手工操作阶段
?3.2 批处理阶段——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。（操作系统的雏形）
单道批处理系统
主要优点:缓解了一定程度的人机速度矛盾，资源利用率有所提升。
主要缺点: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。
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?3.3 批处理阶段——多道批处理系统
?多道批处理系统:
主要优点: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，系统吞吐量增大。
主要缺点: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)
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3.4 分时操作系统
?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。
主要优点: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。
主要缺点: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。
3.5 实时操作系统
主要优点:能够优先响应一些紧急任务，某些紧急任务不需时间片排队。
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事件。实时操作系统的主要特点是及时性和可靠性
其他操作系统：
个人计算机操作系统:如Windows XP、MacOS，方便个人使用。
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四、操作系统的运行机制与体系结构
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4.1 指令
一条高级语言的代码翻译过来可能会对应多条指令
“指令”就是处理器(CPU)能识别、执行的最基本命令
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?4.2 两种程序
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?4.3 操作系统的内核
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。
?操作系统内核的功能：
?操作系统的体系结构
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五、中断和异常
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5.1? 中断机制的诞生
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
?5.2? 中断的概念和作用
1.当中断发生时，CPU立即进入核心态
2.当中断发生后，当前运行的进程暂停运行，并由操作系统内核对中断进行处理
3.对于不同的中断信号，会进行不同的处理
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。
?5.3 中断的分类
5.4 中断的处理过程?
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六、系统调用
? ? 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。.
? ? ?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(如存储分配、/0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出服务请求，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”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。
? ? ? 系统调用相关处理涉及到对系统资源的管理、对进程的控制，这些功能需要执行一些特权指令才能完成，因此系统调用的相关处理需要在核心态下进行
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6.1 系统调用与库函数的区别
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6.2 系统调用背后的过程
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