概述
操作系统是指控制和管理整个计算机系统的硬件和软件资源，并且合理地组织调度计算机工作和资源的分配，以提供给用户和其他软件方便接口和环境的程序集合。
从底层到上层分别是：
硬件->操作系统->计算机程序->用户
操作系统的特征
并发：两个或多个事件在同一时间间隔内发生
共享：系统中的资源可供内存中多个并发执行的进程共同使用
并发和共享是操作系统两个最基本的特征
虚拟：把物理实体变为若干个逻辑的对应
异步：进程的执行走走停停，以不可预知的速度向前推进
操作系统的目的和功能
功能：处理机管理、存储器管理、设备管理、文件管理以及提供接口给用户。
操作系统为用户提供操作计算机硬件系统的接口
命令接口
联机控制方式（适用于分时、实时操作系统）：说一句做一句
脱机控制方式（适用于批处理）：写在单子上，按单子一个一个做
程序接口
程序接口由一组系统调用命令组成，在程序中使用这些调用命令来请求操作系统为其提供服务
系统调用只能用过用户程序间接使用
操作系统的发展
1. 手工操作阶段
2. 批处理阶段
单道批处理系统：内存中始终保持一道作业 特征：自动性、顺序性、单道性
多道批处理系统：允许多个程序同时进入内存并运行 特征：多道、宏观并行、微观串行
批处理的缺点是缺少交互性
3. 分时操作系统
采用分时技术，把处理器的运行时间分为很短的时间片，按照时间片轮转算法把处理器分配给各个联机作业使用。
分时操作系统可以让多个用户通过终端连接同一个主机，用户之间互不干扰。
特征：同时性、交互性、独立性、及时性
4. 实时操作系统
为了完成紧急任务而不需要时间片排队，通常采用抢占式的优先级高者优先调度
实时系统必须在被控制对象规定时间内处理来自外部的事件
通常运用场景是一些需要立即反应的场合，比如股票、订票、机床控制什么的
特征：及时性、可靠性
5. 网络操作系统和分布式计算机系统
网络中各种资源的共享以及各台计算机之间的通信
特征：分布性、并行性
操作系统的运行环境
内核态与用户态
程序分为内核程序和外层应用程序，他们能执行的指令的权限不一样，所以操作系统划分为了用户态（目态）和核心态（管态）来严格区分这两种程序
操作系统内核运行在核心态，用户程序运行在用户态
内核包括：
1. 时钟管理
2. 中断机制
3. 原语
处于最底层、运行具有原子性、运行时间较短，有这些特点的程序被称为原语
4. 系统控制的数据结构及处理
运行机制
中断和异常
中断：外中断，与当前运行的程序无关，比如设备的中断请求、时钟中断等等
异常：内中断，指令内部导致中断
中断处理一定会保存程序状态子寄存器
外部中断，PC值由中断隐指令自动保存，通用寄存器的内容由操作系统保存
系统调用
按照供功能可以分为设备管理、文件管理、进程控制、进程通信、内存管理等
从用户态转到核心态会用到访管指令，访管指令在用户态使用，所以它不可能是特权指令
用户态指令：
核心态指令：输入输出指令
从用户态转换到核心态，这是由硬件完成的
置时钟指令只能在核心态下完成
中断发生后，进入中断处理的程序在核心态执行，是操作系统程序
广义指令（系统调用指令），必然在核心态执行，调用都可以
输入输出必然在核心态执行
分清楚调用和执行，有不少都是用户态可以调用但是执行必须在核心态的
CPU处于核心态，除了访管指令，其余所有指令都可以调用
导致用户从用户态切到内核态的操作有：某个东西导致了异常中断、I/O等等
Tips
- 操作系统不关心高级语言编译器
- 单处理机系统中，进程与进程不能并行
- 用户可以使用命令接口和系统调用来使用计算机
- 计算机开机后，操作系统最终被加载到RAM上（内存中的系统区）
- 提高单机资源利用率的关键技术是多道程序设计技术
- 提到多道批处理就往提交若干作业（清单）上靠，提到分时就往用户靠，提到实时就往响应速度靠
- 通用操作系统使用时间片轮转算法
- 通道技术是一种硬件技术
- 进程调度不需要硬件的支持
- 异常处理后不一定会返回到发生异常的地方继续执行，比如除以0会直接跳过