定义
操作系统是指
1）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
2）提供给用户和其他软件方便的接口和环境
3）计算机系统中最基本的系统软件
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（OS的并发性是通过分时实现的）
并发与并行：
并发性：多个事件在同一时间间隔内发生
并行性：多个事件在同一时刻发生
单核CPU同一时刻只能执行一个程序，各个程序只能并发地执行
多核CPU同一时刻可以同时执行多个程序，多个程序可以并行地执行
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
共享方式：
1）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。
2）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。
并发和共享两者之间互为存在的条件：
1）资源共享是以程序的并发为条件的，若系统不允许程序并发执行，则自然不存在资源共享问题
2）若系统不能对资源共享实施有效的管理，则必将影响到程序的并发执行，甚至根本无法并发执行
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
虚拟方式：
1）时分复用技术：如虚拟处理器
2）空分复用技术：如虚拟存储器
异步
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
运行
机制
内核态与用户态
CPU 处于内核态时，此时正在运行的是内核程序，可以执行特权指令
CPU 处于用户态时，此时正在运行的是应用程序，只能执行非特权指令
转换
内核态->用户态：执行特权指令，修改PSW标志位为“用户态”，此时操作系统让出 CPU 使用权
用户态->内核态：由“中断”引发，硬件自动完成，此时操作系统强行夺回 CPU 的使用权
中断
让 CPU 从用户态回到内核态的唯一途径
内中断（异常）
与当前执行的指令有关，中断信号来源于 CPU 内部
分类：
1）自陷：应用程序使用陷入指令主动引发
2）故障：由错误条件引起，可以被内核态修复，修复后将 CPU 使用权还给应用程序
3）终止：由致命错误引发，无法被内核态修复，将直接结束应用程序
外中断（中断）
与当前执行的指令无关，中断信号来源于 CPU 外部
分类：
1）时钟中断：用于并发
2）I/O 中断：用于 IO 操作
系统调用
1.定义：
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，系统调用可视为特殊的公共子程序。又称广义指令（程序接口由一组系统调用组成）
2.调用过程：
用户态执行陷入指令进入内核态，内核态完成服务后返回用户态
3.与库函数的区别：
1）有些库函数是对系统调用的进一步封装：如创建一个文件
2）有些库函数没有使用系统调用：如“取绝对值”
体系结构
分层结构
将操作系统分为若干层，最底层（层0）为硬件，最高层（层N）为用户接口，每层只能调用紧邻它的低层的功能和服务（单向依赖）
优点：简化设计，方便调试修改
缺点：依赖关系固定，不灵活。需要逐层调用，效率低
模块化
将操作系统按功能划分为若干具有一定独立性的模块，并规定好各模块间的接口，各模块还可划分成子模块。
大内核
又称大内核或单内核，将主要功能模块都作为一个紧密联系的整体运行在核心态，为用户程序提供高性能的系统服务
优点：高性能，各功能模块可以直接相互调用
缺点：代码庞大，难以维护
微内核
将内核中最基本的功能保留在内核，将不需要在核心态执行的功能移到用户态执行，降低内核的设计复杂性
优点：内核易于维护
缺点：效率低，用户态各模块不能直接相互调用，需要通过内核态进行消息传递。
外核（少见）
内核负责进程调度、进程通信等功能；外核在内核态运行，负责为用户进程分配未经抽象的硬件资源，且由外核负责保证资源使用安全
引导
概念
1.BIOS 程序（Basic Input/Output System）：
固化在主板上的基本输入输出系统，是计算机启动第一个运行的软件，存放在ROM中。首先进行硬件初始化和自检，然后查找引导程序并执行
2.引导程序（Boot）：
存储在主存 ROM 中的一段小程序，将操作系统的内核文件从硬盘中读取到内存中，并跳转到内核入口点开始执行
3.主引导记录(MBR)：
位于硬盘的第一个扇区，包含了“磁盘引导程序”和“分区表”。该引导程序会找到活动分区并读取“分区引导记录”，完成硬盘的引导
4.分区引导记录(PBR)
位于每个分区的第一个扇区，包含了一个引导程序，寻找并激活分区根目录下的启动管理器，完成分区的引导
引导过程
1）BIOS初始化并执行 Boot 进行自检，确保硬件工作正常。查找可引导设备，读取 MBR 到内存中
2）MBR 识别活动分区（安装有操作系统的分区），执行活动分区的 PBR
3）PBR 从活动分区中找到操作系统启动管理程序并执行
4）启动管理器加载操作系统内核和关键组件到内存。操作系统内核接管硬件控制权，初始化系统，启动操作系统
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，每个虚拟机器都可以独立运行一个操作系统
第一类虚拟机：直接运行在硬件上，能直接控制和分配物理资源
第二类虚拟机：运行在 Host OS 上，依赖于 Host OS 为其分配资源