### 概念、特征、系统调用、中断
操作系统基本概念
- 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，并合理的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。它是计算机系统的最基本的系统软件。
- 也是系统软硬资源的管理控制中心，它以尽量合理有效的方法组织多个用户（进程）共享计算机的各种资源并提供使用接口。
操作系统的四个特征：
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. 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：时分复用技术和空分复用技术。
3. 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。
互斥共享的资源称为临界资源，例如打印机等，在同一时间只允许一个进程访问，需要用同步机制来实现对临界资源的访问。
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操作系统的基本功能：
- 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(缓冲管理、设备分配、设备处理、虛拟设备等)
系统调用：
如果一个进程在用户态需要使用内核态的功能，就进行系统调用从而陷入内核，由操作系统代为完成。
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(); #### 操作系统的运行机制： - 两种指令：特权指令和非特权指令
- 两种处理状态：核心态（管态）和用户态（目态）
- 两种程序：内核程序（运行在核心态）和应用程序（运行在用户态）
特权指令：只能由操作系统使用、用户程序不能使用。例如：启动I/O，内存清零，修改程序状态字，设置时钟，允许／禁止中断，停机
非特权指令：用户程序可以使用。例如：控制转移，算术运算，访管指令，取数指令
特权指令只能在核心态下运行，内核程序只能在核心态下运行。
内核：
- 大内核：将操作系统的主要功能都作为系统内核，运行在核心态。
缺点：由于各模块共享信息，因此有很高的性能，但是结构混乱，难以维护。
- 微内核：由于操作系统不断复杂，因此将一部分操作系统功能移出内核，从而降低内核的复杂性。移出的部分根据分层的原则划分成若干服务，相互独立。
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。
内中断: ①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。②陷入: 在用户程序中使用系统调用。
用户态与核心态的转换：
- 中断是实现用户态到核心态的唯一途径。
- 核心态到用户态的切换是通过执行一个特权指令，将程序状态字(PSW)的标志位设为 “用户态”。
