1.操作系统定义
操作系统是计算机系统中的一个系统软件，是一些程序模块的集合——
他们能以尽量有效、合理的方式组织和管理计算机的软硬件资源
合理地组织计算机的工作流程，控制程序的执行并向用户提供各种服务功能
使得用户能够灵活、方便地使用计算机，使整个计算机系统高效率运行
2.操作系统的三个作用
（1）资源的管理者-有效
（2）向用户提供各种服务-方便实用
（3）对硬件机器的扩展-扩展能力
3.OS特征：
（1）并发：指处理多个同时性活动的能力（并行：多指不同程序同时在等多个硬件部件上执行）
（2）共享：操作系统与多个用户程序共同使用计算机系统中的资源 互斥共享&同时共享
（3）虚拟：一个屋里实体映射为若干个对应的逻辑实体——分时、分空间  提高资源利用率
（4）随机：操作系统必须随时对不可预见的次序发生的时间进行想用并处理
4.SPOOLing系统（技术）
批处理系统的实现、现代计算机系统的打印过程通常采用的技术
思想：利用硬盘做缓冲，将输入、计算、输出分别组织成独立的任务流，使I/O和计算真正并行
工作原理：
用户作业加载到磁盘上的输入井
按某种调度策略选择几个搭配得当的作业调入内存
作业运行的结果输出到磁盘上的输出井
运行结果从磁盘上的输出经送到打印机
说到spool就想到了讲网络GIS时说的池管理与非池管理，然而他们半毛钱关系都没有……
也许以后要用 呢。回顾一下


5.中央处理器（CPU）
处理器由运算器、控制器、一系列的寄存器以及高速缓存构成
两类寄存器：
（1）用户可见寄存器：高级语言编译器通过优化算法分配并使用，以减少程序访问内存次数
（2）控制和状态寄存器：用于控制处理器的操作；在默写特权级别下可以访问修改。常见的有：
程序计数器、指令寄存器、程序状态字
6.CPU的状态（模式MODE）
在程序状态寄存器中专门设置一位，根据运行程序对资源和指令的使用权限而设置不同的CPU状态
（1）两个状态
操作系统需要两种CPU状态：内核态、用户态。
特权指令：只能由操作系统使用，用户程序不能使用：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 、取数指令 、停机
非特权指令：用户程序可以使用：控制转移、算术运算、访管指令（使操作系统由用户态变为内核态）
e.g.x86系列处理器 R0（内核态）,R1,R2,R3（用户态）大多数x86的OS只用了R0 R3
（2）CPU状态之间的转移：
用户态-（唯一途径：中断、异常、陷入机制）->内核态
内核态-（设置程序状态字PSW）->用户态
一条特殊的指令：陷入指令（访管指令），提供给用户程序的接口。用以调用操作系统的功能（服务）
int trap syscall sysenter sysexit
7.中断、异常机制（操作系统的驱动力，非常重要）
主要作用：
及时处理设备发来的中断请求
可使OS捕获用户程序提出的请求
防止破坏……
8.中断/异常的概念：（硬件完成这一过程）
CPU对系统发生的某个时间做出的一种反应
CPU暂停正在执行的程序，保留现场后自动转去执行相应事件的处理程序，处理完成后返回断电。继续执行被打断的程序
事件的发生改变了处理器的控制流
特点：随机发生、自动处理。可恢复
9.
中断的引入：为了支持CPU和设备之间的并行操作
异常的引入：表示CPU执行指令时本身出现的问题
10.分类




11.中断/异常机制工作原理
是现代计算机系统的核心机制之一：
软硬件配置使得计算机得以充分发挥能力


12.中断响应过程示意：






13.中断处理程序

14.x86处理器的中断机制



15.系统调用：用户在编程时可以调用的操作系统功能
系统调用是操作系统提供给编程人员的唯一接口，使CPU状态从用户态陷入内核态
每个操作系统都提纲几百种系统调用（进程控制、进程通信、文件使用……）
16.区分系统调用，库函数，API，内核函数

17.系统调用机制的设计：
（1）中断/异常机制：支持系统调用服务的实现
（2）选择一条特殊指令：陷入指令 引发异常 用户态转为内核态
（3）系统调用号和参数：每个系统调用都要实现给定一个编号
（4）系统调用表：存放系统调用服务例程的入口地址
18.参数传递过程，如何实现用户程序的参数传递给内核：三种方法
（1）陷入指令自带参数
（2）通用寄存器传递参数（常用）
（3）内存中开辟专用堆栈区
19.系统调用的执行过程
当CPU执行到特殊的陷入指令时：
（1）中断/异常机制：硬件保护现场；通过查中断向量表将控制权转给系统调用总入口程序
（2）系统调用总入口程序：保存现场；将参数保存在内存堆栈里；通过查系统调用表把控制权转给想用的系统处理例程或内核函数
（3）执行系统调用例程
（4）恢复现场，返回用户程序
20.基于x86 linux系统调用实现
陷入指令选择128号
门描述符：
（1）系统初始化时：对中断描述符表中128号门
（2）初始化：2.3两字节：内核diamante段选择符；0167：偏移量（指向system_call）
（3）门类型：15陷阱门：可以不自动关闭
（4）特权级：R3 和用户级别相同，允许用户进程使用该门的描述符
系统执行128指令：
由于特权级的改变，要切换栈 用户栈->内核态


21.中断发生后OS底层工作步骤：
（1）硬件压栈：程序计数器
（2）硬件从中断向量装入新的程序计数器等
（3）汇编语言过程保存寄存器值
（4）汇编语言过程设置新的堆栈
（5）C语言中断服务程序运行
（6）进程调度程序决定下一个将运行的 进程
（7）C语言过程返回至汇编代码
（8）汇编语言过程开始运行新的当前进程