操作系统的概念和功能
1.1 操作系统1.1.1 操作系统的概念和功能概念操作系统（operating system， os）是指控制和管理整个计算机系统的硬件和软件资源，并合理地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；它是计算机系统中最基本的系统软件。
功能和目标①操作系统是系统资源的管理者
②向上层提供方便易用的服务封装思想：操作系统把一些丑陋的硬件功能封装成简单易用的服务，使用户能更方便地使用计算机，用户无需关心底层硬件的原理，只需要对操作系统发出命令即可。
gui ：图形化用户接口（graphical user interface）。用户可以使用形象的图形界面进行操作，而不再需要记忆复杂的命令、参数。例如,在windows 操作系统中，删除一个文件只需要把文件“拖拽”到回收站即可。联机命令接口 =交互式命令接口：用户说一句，系统跟着做一句.例如,执行cmd的相关命令脱机命令接口 =批处理命令接口：用户说一堆，系统跟着做一堆.例如,执行以bat后缀的文件程序接口 ：可以在程序中进行系统调用来使用程序接口。普通用户不能直接使用程序接口，只能通过程序代码间接使用。例如,写c语言hello world程序时，在printf 函数的底层就使用到了操作系统提供的显式相关的“系统调用”③是最接近硬件的一层软件需要实现对硬件机器的拓展
没有任何软件支持的计算机称为裸机。在裸机上安装的操作系统，可以提供资源管理功能和方便用户的服务功能，将裸机改造成功能更强、使用更方便的机器
通常把覆盖了软件的机器成为扩充机器，又称之为虚拟机
1.2 操作系统的特征
基本特征并发、共享、虚拟、异步
并发两个或者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
使得系统具有处理和调度多个程序同时执行的能力
操作系统的并发是通过分时实现的
注意 ：并发是指在一个时间段,并行是指在同一个时刻,并行是指系统具有同时执行或操作（硬件支持：多流水线或者多处理机）
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
互斥共享方式: 例如打印机、磁带， 同一时刻只能供一个进程对资源进行访问 。这种资源称作：临界资源或者独占资源同时访问方式: 一段时间内允许多个进程对资源进行访问 ,典型代表：磁盘设备重入码编写的文件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。
虚拟处理器：采用多道程序并发的方式，让每个终端用户感觉到有多个处理器 时分复用技术
虚拟存储器：将物理存储变为虚拟存储器，逻辑上扩充存储器用 空分复用技术
也可以将一台io设备虚拟为多台逻辑上的io设备，并允许每个用户占用一台逻辑上的io设备
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，多道程序走走停停，进程以不可预知的速度向前进
并发和共享的关系并发性指计算机系统中同时存在着多个运行着的程序。共享性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。故并发性和共享性互为存在条件并发和虚拟的关系如果失去了并发性，则一个时间段内系统中只需运行一道程序，那么就失去了实现虚拟性的意义了。因此，没有并发性，就谈不上虚拟性
并发和异步的关系只有系统拥有并发性，才有可能导致异步性。
1.3 操作系统的发展与分类
手工操作阶段
主要缺点: 用户独占全机、人机速度矛盾导致资源利用率极低单道批处理引入脱机输入/输出技术（用外围机+磁带完成），并由监督程序负责控制作业的输入、输出
主要优点：缓解了一定 程度的人机速度矛盾， 资源利用率有所提升。主要缺点：内存中仅能 有一道程序运行，只有 该程序运行结束之后才 能调入下一道程序。cpu有大量的时间是在 空闲等待i/o完成。资源 利用率依然很低。多道批处理
主要优点：多道程序并发执行，共享计算机 资源。资源利用率大幅提升，cpu和其他资源更能保持“忙碌”状态，系统吞吐量增大。主要缺点：用户响应时间长，没有人机交互功能（用户提交自己的作业之后就只能等待计算机处理完成，中间不能控制自己的作业 执行。eg：无法调试程序/无法在程序运行过 程中输入一些参数）分时操作分时操作系统：计算机以时间片为单位轮流为各个用户/作业服务，各个用户可通过终端与计算机进行交互。
主要优点：用户请求可以被即时响应，解决了人机交互问题。允许多个用户同时使用一台计算机，并且用户对计算机的操作相互独立，感受不到别人的存在。主要缺点：不能优先处理一些紧急任务。操作系统对各个用户/作业都是完全公平的，循环地为每个用户/作业服务一个时间片，不区分任务的紧急性。实时操作在实时操作系统的控制下，计算机系统接收到外部信号后及时进行处理，并且要在严格的时限内处理完事件。实时操作系统的主要特点是及时性和可靠性
主要优点：能够优先响应一些紧急任务，某些紧急任务不需时间片排队。其他几种操作系统网络操作系统 ：是伴随着计算机网络的发展而诞生的，能把网络中各个计算机有机地结合起来，实现数据传送等功能， 实现网络中各种资源的共享（如文件共享）和各台计算机之间的通信 。（如：windows nt 就是一种典型的网络操作系统，网站服务器就可以使用）分布式操作系统 ：主要特点是分布性和并行性。系统中的各台计算机地位相同， 任何工作都可以分布在这些计算机上，由它们并行、协同完成这个任务 。个人计算机操作系统 ：如windows xp、macos，方便个人使用。1.4 操作系统的运行机制
运行机制两种处理器状态：内核态 & 用户态cpu 中有一个寄存器叫 程序状态字寄存器（psw），其中有个二进制位，1表示内核态，0表示用户态
别名：**内核态=核心态=管态；用户态=目态**
cpu 有两种状态，“内核态”和“用户态”处于内核态时，说明此时正在运行的是内核程序，此时可以执行特权指令处于用户态时，说明此时正在运行的是应用程序，此时只能执行非特权指令
内核态、用户态的切换内核态--用户态：执行一条特权指令——修改psw的标志位为“用户态”，这个动作意味着操作系统将主动让出cpu使用权用户态--内核态：由“ 中断 ”引发，硬件自动完成变态过程，触发中断信号意味着操作系统将强行夺回cpu的使用权
内核内核是计算机上配置的底层软件，是操作系统最基本、最核心的部分。实现操作系统内核功能的那些程序就是内核程序。
原语
原语是一种特殊的程序。是最接近硬件的部分，这种程序的运行具有原子性。
大内核和微内核操作系统的体系结构问题与企业的管理问题很相似。
大内核 ：企业初创时体量不大，管理层的人会负责大部分的事情。优点是效率高；缺点是组织结构混乱，难以维护。微内核 ：随着企业体量越来越大，管理层只负责最核心的一些工作。优点是组织结构清晰，方便维护；缺点是效率低
1.5 中断和异常中断的作用cpu 上会运行两种程序，一种是操作系统内核程序，一种是应用程序
中断是让操作系统内核夺回cpu使用权的唯一途径
中断的类型内中断 : 与当前执行的指令有关，中断信号来源于cpu内部外中断 : 与当前执行的指令无关，中断信号来源于cpu外部
中断机制的基本原理
不同的中断信号，需要用不同的中断处理程序来处理 。当cpu检测到中断信号后，会根据中断信号的类型去查询中断向量表，以此来找到相应的中断处理程序在内存中的存放位置。
1.6 系统调用系统调用与库函数的区别“系统调用”是操作系统提供给应用程序（程序员/编程人员）使用的接口，可以理解为一种可供应用程序调用的特殊函数，应用程序可以通过系统调用来请求获得操作系统内核的服务
应用程序通过系统调用请求操作系统的服务。而系统中的各种共享资源都由操作系统内核统一掌管，因此 凡是与共享资源有关的操作（如存储分配、i/o操作、文件管理等），都必须通过系统调用的方式向操作系统内核提出服务请求 ，由操作系统内核代为完成。这样可以保证系统的稳定性和安全性，防止用户进行非法操作。
1.7 操作系统的体系结构典型的大内核/宏内核/单内核 操作系统：linux、unix典型的 微内核 操作系统：windows nt
树图区块链Conflux 把 TPS 大幅度提高以后，数据怎么存？
IAR Systems宣布支持64位RISC-V内核，进一步扩展其强大的RISC-V解决方案
通过安装该Linux-HA软件可以实现Linux双机系统的高可用性解决方案
【世说芯品】解析旺盛的健康管理产品需求，兆易创新GD32如何帮助客户取胜？
基于VHDL和发接复用器的SDH系统设计及FPGA仿真
操作系统的概念和功能
存在感应技术选择要求与如何应用
如何检测你的项目中是否触发离屏渲染问题
南卡和万魔哪个好？佩戴舒适的蓝牙耳机推荐
酷睿i5-9500处理器上架 算是Intel压箱底的货了
高质USB-C 3.1 Gen2数据线拆解：搭载慧能泰E-Marker芯片
LTC5100-3.3V, 3.2Gbps VCSEL Dr
关于音频发烧友的两大门槛
河南首条智慧斑马线亮相 由LED发光地砖和立式信号灯箱组成
使用TensorFlow Model Analysis提升模型质量
5G+远程办公将为AR产业带来新的发展机遇
IBM Z 推出企业级 AI 新能力，持续助力主机客户 AI 之旅
目前毕业3年多，硬件工程师究竟如何发展？
硬核影音加BUFF, 东芝火箭炮Z670KF畅玩《最终幻想15》
关于Unix的历史和Linux的演化整理
功能和目标①操作系统是系统资源的管理者
②向上层提供方便易用的服务封装思想：操作系统把一些丑陋的硬件功能封装成简单易用的服务，使用户能更方便地使用计算机，用户无需关心底层硬件的原理，只需要对操作系统发出命令即可。
gui ：图形化用户接口（graphical user interface）。用户可以使用形象的图形界面进行操作，而不再需要记忆复杂的命令、参数。例如,在windows 操作系统中，删除一个文件只需要把文件“拖拽”到回收站即可。联机命令接口 =交互式命令接口：用户说一句，系统跟着做一句.例如,执行cmd的相关命令脱机命令接口 =批处理命令接口：用户说一堆，系统跟着做一堆.例如,执行以bat后缀的文件程序接口 ：可以在程序中进行系统调用来使用程序接口。普通用户不能直接使用程序接口，只能通过程序代码间接使用。例如,写c语言hello world程序时，在printf 函数的底层就使用到了操作系统提供的显式相关的“系统调用”③是最接近硬件的一层软件需要实现对硬件机器的拓展
没有任何软件支持的计算机称为裸机。在裸机上安装的操作系统，可以提供资源管理功能和方便用户的服务功能，将裸机改造成功能更强、使用更方便的机器
通常把覆盖了软件的机器成为扩充机器，又称之为虚拟机
1.2 操作系统的特征
基本特征并发、共享、虚拟、异步
并发两个或者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
使得系统具有处理和调度多个程序同时执行的能力
操作系统的并发是通过分时实现的
注意 ：并发是指在一个时间段,并行是指在同一个时刻,并行是指系统具有同时执行或操作（硬件支持：多流水线或者多处理机）
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
互斥共享方式: 例如打印机、磁带， 同一时刻只能供一个进程对资源进行访问 。这种资源称作：临界资源或者独占资源同时访问方式: 一段时间内允许多个进程对资源进行访问 ,典型代表：磁盘设备重入码编写的文件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。
虚拟处理器：采用多道程序并发的方式，让每个终端用户感觉到有多个处理器 时分复用技术
虚拟存储器：将物理存储变为虚拟存储器，逻辑上扩充存储器用 空分复用技术
也可以将一台io设备虚拟为多台逻辑上的io设备，并允许每个用户占用一台逻辑上的io设备
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，多道程序走走停停，进程以不可预知的速度向前进
并发和共享的关系并发性指计算机系统中同时存在着多个运行着的程序。共享性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。故并发性和共享性互为存在条件并发和虚拟的关系如果失去了并发性，则一个时间段内系统中只需运行一道程序，那么就失去了实现虚拟性的意义了。因此，没有并发性，就谈不上虚拟性
并发和异步的关系只有系统拥有并发性，才有可能导致异步性。
1.3 操作系统的发展与分类
手工操作阶段
主要缺点: 用户独占全机、人机速度矛盾导致资源利用率极低单道批处理引入脱机输入/输出技术（用外围机+磁带完成），并由监督程序负责控制作业的输入、输出
主要优点：缓解了一定 程度的人机速度矛盾， 资源利用率有所提升。主要缺点：内存中仅能 有一道程序运行，只有 该程序运行结束之后才 能调入下一道程序。cpu有大量的时间是在 空闲等待i/o完成。资源 利用率依然很低。多道批处理
主要优点：多道程序并发执行，共享计算机 资源。资源利用率大幅提升，cpu和其他资源更能保持“忙碌”状态，系统吞吐量增大。主要缺点：用户响应时间长，没有人机交互功能（用户提交自己的作业之后就只能等待计算机处理完成，中间不能控制自己的作业 执行。eg：无法调试程序/无法在程序运行过 程中输入一些参数）分时操作分时操作系统：计算机以时间片为单位轮流为各个用户/作业服务，各个用户可通过终端与计算机进行交互。
主要优点：用户请求可以被即时响应，解决了人机交互问题。允许多个用户同时使用一台计算机，并且用户对计算机的操作相互独立，感受不到别人的存在。主要缺点：不能优先处理一些紧急任务。操作系统对各个用户/作业都是完全公平的，循环地为每个用户/作业服务一个时间片，不区分任务的紧急性。实时操作在实时操作系统的控制下，计算机系统接收到外部信号后及时进行处理，并且要在严格的时限内处理完事件。实时操作系统的主要特点是及时性和可靠性
主要优点：能够优先响应一些紧急任务，某些紧急任务不需时间片排队。其他几种操作系统网络操作系统 ：是伴随着计算机网络的发展而诞生的，能把网络中各个计算机有机地结合起来，实现数据传送等功能， 实现网络中各种资源的共享（如文件共享）和各台计算机之间的通信 。（如：windows nt 就是一种典型的网络操作系统，网站服务器就可以使用）分布式操作系统 ：主要特点是分布性和并行性。系统中的各台计算机地位相同， 任何工作都可以分布在这些计算机上，由它们并行、协同完成这个任务 。个人计算机操作系统 ：如windows xp、macos，方便个人使用。1.4 操作系统的运行机制
运行机制两种处理器状态：内核态 & 用户态cpu 中有一个寄存器叫 程序状态字寄存器（psw），其中有个二进制位，1表示内核态，0表示用户态
别名：**内核态=核心态=管态；用户态=目态**
cpu 有两种状态，“内核态”和“用户态”处于内核态时，说明此时正在运行的是内核程序，此时可以执行特权指令处于用户态时，说明此时正在运行的是应用程序，此时只能执行非特权指令
内核态、用户态的切换内核态--用户态：执行一条特权指令——修改psw的标志位为“用户态”，这个动作意味着操作系统将主动让出cpu使用权用户态--内核态：由“ 中断 ”引发，硬件自动完成变态过程，触发中断信号意味着操作系统将强行夺回cpu的使用权
内核内核是计算机上配置的底层软件，是操作系统最基本、最核心的部分。实现操作系统内核功能的那些程序就是内核程序。
原语
原语是一种特殊的程序。是最接近硬件的部分，这种程序的运行具有原子性。
大内核和微内核操作系统的体系结构问题与企业的管理问题很相似。
大内核 ：企业初创时体量不大，管理层的人会负责大部分的事情。优点是效率高；缺点是组织结构混乱，难以维护。微内核 ：随着企业体量越来越大，管理层只负责最核心的一些工作。优点是组织结构清晰，方便维护；缺点是效率低
1.5 中断和异常中断的作用cpu 上会运行两种程序，一种是操作系统内核程序，一种是应用程序
中断是让操作系统内核夺回cpu使用权的唯一途径
中断的类型内中断 : 与当前执行的指令有关，中断信号来源于cpu内部外中断 : 与当前执行的指令无关，中断信号来源于cpu外部
中断机制的基本原理
不同的中断信号，需要用不同的中断处理程序来处理 。当cpu检测到中断信号后，会根据中断信号的类型去查询中断向量表，以此来找到相应的中断处理程序在内存中的存放位置。
1.6 系统调用系统调用与库函数的区别“系统调用”是操作系统提供给应用程序（程序员/编程人员）使用的接口，可以理解为一种可供应用程序调用的特殊函数，应用程序可以通过系统调用来请求获得操作系统内核的服务
应用程序通过系统调用请求操作系统的服务。而系统中的各种共享资源都由操作系统内核统一掌管，因此 凡是与共享资源有关的操作（如存储分配、i/o操作、文件管理等），都必须通过系统调用的方式向操作系统内核提出服务请求 ，由操作系统内核代为完成。这样可以保证系统的稳定性和安全性，防止用户进行非法操作。
1.7 操作系统的体系结构典型的大内核/宏内核/单内核 操作系统：linux、unix典型的 微内核 操作系统：windows nt
树图区块链Conflux 把 TPS 大幅度提高以后，数据怎么存？
IAR Systems宣布支持64位RISC-V内核，进一步扩展其强大的RISC-V解决方案
通过安装该Linux-HA软件可以实现Linux双机系统的高可用性解决方案
【世说芯品】解析旺盛的健康管理产品需求，兆易创新GD32如何帮助客户取胜？
基于VHDL和发接复用器的SDH系统设计及FPGA仿真
操作系统的概念和功能
存在感应技术选择要求与如何应用
如何检测你的项目中是否触发离屏渲染问题
南卡和万魔哪个好？佩戴舒适的蓝牙耳机推荐
酷睿i5-9500处理器上架 算是Intel压箱底的货了
高质USB-C 3.1 Gen2数据线拆解：搭载慧能泰E-Marker芯片
LTC5100-3.3V, 3.2Gbps VCSEL Dr
关于音频发烧友的两大门槛
河南首条智慧斑马线亮相 由LED发光地砖和立式信号灯箱组成
使用TensorFlow Model Analysis提升模型质量
5G+远程办公将为AR产业带来新的发展机遇
IBM Z 推出企业级 AI 新能力，持续助力主机客户 AI 之旅
目前毕业3年多，硬件工程师究竟如何发展？
硬核影音加BUFF, 东芝火箭炮Z670KF畅玩《最终幻想15》
关于Unix的历史和Linux的演化整理