计算机操作系统 - 概述
基本特征
1. 并发
- 并发是指宏观上在一段时间内能同时运行多个程序，而并行则指同一时刻能运行多个指令。
- 并行需要硬件支持，如多流水线、多核处理器或者分布式计算系统。
- 操作系统通过引入进程和线程，使得程序能够并发运行
2.共享
共享是指系统中的资源可以被多个并发进程共同使用。有两种共享方式：互斥共享和同时共享。互斥共享 称为临界资源，例如打印机等，在同一时刻只允许一个进程访问，需要用同步机制来实现互斥访问
3.虚拟
虚拟技术把一个物理实体转换为多个逻辑实体。主要有两种虚拟技术：时（时间）分复用技术和空（空间）分复用技术。
- 时分复用：多个进程能在同一个处理器上并发执行使用了时分复用技术，让每个进程轮流占用处理器，每次只执行一小个时间片并快速切换。
- 空分复用：虚拟内存使用了空分复用技术，它将物理内存抽象为地址空间，每个进程都有各自的地址空间。地址空间的页被映射到物理内存，地址空间的页并不需要全部在物理内存中，当使用到一个没有在物理内存的页时，执行页面置换算法，将该页置换到内存中 。 它使得应用程序认为它拥有连续可用的内存（一个连续完整的地址空间），而实际上，它通常是被分隔成多个物理内存碎片，还有部分暂时存储在外部磁盘存储器上使用这种技术的系统使得大型程序的编写变得更容易，对真正的物理内存（例如RAM）的使用也更有效率
4.异步
异步指进程不是一次性执行完毕，而是走走停停，以不可知的速度向前推进
基本功能
进程管理
进程控制、进程同步、进程通信、死锁处理、处理机调度等
内存管理
内存分配、地址映射、内存保护与共享、虚拟内存等。
文件管理
文件存储空间的管理、目录管理、文件读写管理和保护等
设备管理
完成用户的 I/O 请求，方便用户使用各种设备，并提高设备的利用率。主要包括缓冲管理、设备分配、设备处理、虛拟设备等
系统调用
Linux内核中设置了一组用于实现各种系统功能的子程序，称为系统调用。用户可以通过系统调用命令在自己的应用程序中调用它们。从某种角度来看，系统调用和普通的函数调用非常相似。区别仅仅在于，系统调用由操作系统核心提供，运行于核心态（内核态）; 而普通的函数调用由函数库或用户自己提供，运行于用户态。
Linux 的系统调用主要有以下这些：
| Task | Commands |
|---|---|
| 进程控制 | fork(); exit(); wait(); |
| 进程通信 | pipe(); shmget(); mmap(); |
| 文件操作 | open(); read(); write(); |
| 设备操作 | ioctl(); read(); write(); |
| 信息维护 | getpid(); alarm(); sleep(); |
| 安全 | chmod(); umask(); chown() |
宏内核和微内核
宏内核
简单来说，就是把很多东西都集成进内核，例如linux内核，除了最基本的进程、线程管理、内存管理外，文件系统，驱动，网络协议等等都在内核里面。由于各模块共享信息，因此有很高的性能。缺点是稳定性差，开发过程中的bug经常会导致整个系统挂掉。做驱动开发的应该经常有按电源键强行关机的经历。
微内核
内核中只有最基本的调度、内存管理。驱动、文件系统等都是用户态的守护进程去实现的。优点是超级稳定，驱动等的错误只会导致相应进程死掉，不会导致整个系统都崩溃，在微内核结构下，操作系统被划分成小的、定义良好的模块，只有微内核这一个模块运行在内核态，其余模块运行在用户态。因为需要频繁地在用户态和核心态之间进行切换，所以会有一定的性能损失。
中断分类
外中断
由 CPU 执行指令以外的事件引起，如 I/O 完成中断，表示设备输入/输出处理已经完成，处理器能够发送下一个输入/输出请求。此外还有时钟中断、控制台中断等。
异常
由 CPU 执行指令的内部事件引起，如非法操作码、地址越界、算术溢出等
陷入
在用户程序中使用系统调用