用户角度

操作系统：控制软件：管理应用程序，为应用程序提供服务，杀死应用程序。

资源分配角度

操作系统的实现了资源管理；管理外设、分配资源

操作系统架层次结构

硬件之上：

应用程序之下：为应用软件提供服务支撑

Linux、Windows、Android的界面：属于外壳（shell），而不是内核（kernel）；kernel是研究重点，在shell之下。

内部组件

Kernel包括

CPU调度器、物理内存管理、虚拟内存管理、文件系统管理、中断处理与设备驱动

OS Kernel的特征

OS Kernel的特征

        并发(指一段时间内多个程序运行；而并行是指一个时间点上多个程序运行，要求多个CPU):计算机系统中同时存在多个运行的程序，需要OS管理和调度

共享：“同时”访问 或 互斥共享

虚拟：利用多道程序设计技术，让每一个用户都觉得有一个计算机专门为他服务

异步：程序的执行不是一步到底的，而是走走停停，向前推进的速度不可预知。但只要运行环境相同，OS要保证程序运行的结果也相同

操作系统的结构

(1)简单的操作系统：

MS-DOS 不分模块的单体内核 (内部通过函数调用访问,缺点：复杂，紧耦合，易受攻击)

(2)微内核

尽可能把内核功能移植到用户空间，缺点性能低。

(3)外核

内核分为一块，一块负责和硬件打交道，另一部分和应用打交道。

(4)虚拟机

VMs(虚拟机)->VMM(虚拟机监视器)->物理机硬件，多操作系统共享硬件资源。

顶级会议

SOSP、USENIX

学术界

ACM、IEEE、USENIX、CCF

意义

操作系统是系统安全的基础；

权衡：空间和时间；性能和可预测性；公平和性能。

操作系统的启动

CPU、I/O、内存

操作系统先存放在DISK（存放OS）、BIOS（基本I/O处理系统）

Bootloader -->加载OS

POST（加电自检）-->寻找显卡和执行BIOS

系统调用、异常、中断

系统调用：来源于应用程序，应用程序主动向操作系统发出服务请求

异常：来源于不良的应用程序，非法指令或者其他的处理状态

中断：来源于外设，来自不同的硬件设备的计时器和网络的中断

中断的处理机制：

1.硬件：设置中断标记（CPU初始化）将内部、外部事件设置中断标记,中断事件的ID

2.软件：操作系统来保存当前处理状态，然后根据中断号中断读物程序处理，随后清楚标记，最后恢复之前保存的处理状态

异常的处理机制：

1.异常编号：保存现场，随后进行异常处理，杀死产生的一场程序，重新执行异常指令，最后恢复现场。

系统调用的处理机制：

1.-一条指令会触发一个系统调用。应用程序调用printf（）时，会触发系统调用write（）

2.专门的API-->系统调用端口。

系统调用：触发CPU从用户态到内核态的转换，切换程序和内核的堆栈，需要一定的开销

3.

 三者的区别

1.源头不同

中断来源于外设（鼠标、键盘、网卡、声卡、显卡等）；异常来源于应用程序意想不到的行为；系统调用来源于应用程序请求操作提供服务。

2.处理时间不同。

中断和异常为异步（异步双方不需要共同的时钟，也就是接收方不知道发送方什么时候发送，所以在发送的信息中就要有提示接收方开始接收的信息，如开始位，同时在结束时有停止位）,系统调用为异步或者同步。

3.响应不同

中断是持续的，对用户应用程序是透明的；异步是杀死或者重新执行意想不到的程序指令；系统调用的响应是等待或者持续的。

跨越操作系统边界的开销

用户态：操作系统运行中，CPU处于的特权级别，不能直接执行特权指令

内核态：操作系统运行中，CPU处于的特权级别，可以执行任何一条指令

 思考：为什么应用程序不能直接访问外设，而要先访问操作系统？

在计算机运行中，内核时被信任的第三方，只有内核可以执行特权指令，同时为了方便应用程序。

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