基本特征
并发
- 并发：在一段时间内同时运行多个程序。操作系统引入进程和线程，使得程序能够并发执行
- 并行：在同一时刻同时运行多个指令。并行需要硬件支持，比如多核 CPU
共享
系统中的资源可以被多个并发进程共享
- 互斥共享：互斥共享的资源称为临界区。在同一时刻只允许一个进程访问，需要用同步机制来实现临界区的访问
- 同时共享：同一时刻运行多个进程访问，不需要同步机制
虚拟
把物理实体转化为逻辑实体
- 时分复用技术：进程或线程的时间片轮询技术。每个虚拟处理器获得时间片后，可供进程执行
- 空分复用技术：虚拟内存
异步
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、死锁处理、进程通信等
内存管理
内存分配、内存映射、虚拟内存、内存保护和共享等
文件管理
文件存储、目录管理、文件访问和保护等
设备管理
缓冲管理、设备分配、设备处理等
用户态 & 内核态
操作系统启动之后，会加载操作系统的内核，然后将操作系统的控职权交由内核管理。内核与应用程序、外部设备等打交道
用户态和内核态
- 当进程执行应用程序的代码时，处于用户态
- 当进程通过系统调用陷入内核态执行内核代码时，处于内核态
用户态和内核态是操作系统的两种运行级别，用户态的运行级别最低，内核态的运行级别最高；对 Linux 操作系统来说，当程序运行在 3 级特权时处于用户态，当程序运行在 0 级特权时处于内核态
对于 32 位操作系统来说，用户态的地址空间是
用户态转内核态（中断）
- 系统调用
- 异常
- 外中断
系统调用、异常、外中断可以统称为中断，中断根据来源不同还可以分为硬中断和软中断
- 硬中断：由硬件发出的中断请求
- 软中断：由软件发出的中断请求
由用户态转内核态的系统开销会很大：
- 引导机制
- 建立内核堆栈
- 验证参数
- 内核态映射到用户态的地址空间
系统调用 & 异常
操作系统与应用程序打交道主要通过系统调用和异常实现
- 系统调用：应用程序调用系统调用接口，主动向操作系统发出的服务请求，应用程序正常运行
- 异常：应用程序产生异常，指令执行失败，内核通过异常服务处理，捕获到应用程序的异常并抛出异常
外中断
操作系统与外部设备打交道主要通过中断机制实现。例，键盘输入时会把数据写到一个特定的缓冲区，这个缓冲区有大小限制，如果数据超过其限制大小就会造成数据丢失，所以外部设备需要通过中断机制，及时向内核发出指令，然后内核通过调用设备驱动程序，及时把缓冲区的内容读写到内核中
中断和陷入：
外中断（中断）
CPU 外部引起的中断。中断是 CPU 对 IO 设备发来的中断信号的一种响应。当发生中断时，CPU 停止正在执行的程序，保留 CPU 的环境，转而去执行相应的中断处理程序。执行完中断处理程序后，再回到 CPU 断点继续执行原来的程序
内中断（陷入）
CPU 内部引起的中断，如非法指令、地址越界等。当发生陷入时，CPU 停止正在执行的程序，保留 CPU 的环境，转而去执行陷入处理程序。执行完陷入处理程序后，再回到 CPU 断点继续执行原来的程序
中断处理方式
屏蔽中断
当 CPU 处理一个中断时，会屏蔽其他的中断，直到 CPU 处理完本次中断后再去检查是否还有中断发生
优点：简单
缺点：不适用实时性比较高的中断
嵌套中断
设置中断优先级。当同时有多个优先级的中断请求时，CPU 优先处理高优先级的中断；高优先级的中断可以抢占正在运行的低优先级的中断
三者比较
- 源头：中断是外设引起的，系统调用是应用程序主动请求系统服务，异常是应用程序意想不到的错误
- 响应方式：中断是异步的，系统调用是同步或异步的，异常是同步的
大内核 & 微内核
- 大内核：将操作系统的功能作为紧密的整体放到内核中
- 优点：各模块共享信息，性能高
- 内核复杂度高
- 微内核：将一部分功能移除内核，降低内核的复杂度
- 内核复杂度低
- 频繁进行系统调用，造成性能开销。应用进程与移到用户态的操作系统功能需要通过内核来进行通信
链接
高级语言编译成汇编语言，汇编语言再次编译成二进制程序，如果有函数调用需要经过连接进行合并生成最终的目标文件
静态链接和动态链接
静态链接
在生成可执行文件时，把所有需要的函数的二进制码都包含到可执行文件中
动态链接
在真正使用时，才会将使用的函数的二进制码调入到内存中
