定义：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，是计算机系统中最基本的系统软件
1.1 功能和目标：
作为系统资源的管理者：文件管理、存储器管理、处理机管理、设备管理
作为用户和计算机硬件之间的接口：
程序接口又称为系统调用或系统调用命令或广义指令
作为最接近计算机硬件的层次：实现对硬件机器的拓展
通常把没有任何软件支持的计算机称为裸机；覆盖了软件的机器称为扩充机器，又称为虚拟机
特征
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，微观上是交替发生
共享：
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互斥共享方式：一个时间段内只允许一个进程访问该资源
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同时共享方式：允许一个时间段内由多个进程“同时”对它们进行访问（往往宏观同时，微观交替）
虚拟：指把一个物理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，而对应物（后者）是用户感受到的
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空分复用技术（如虚拟存储器技术）
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时分复用技术（虚拟处理器）
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，进程不是连贯的执行
操作系统的发展
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人工输入阶段
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单道批处理系统：引入脱机输入/输出技术（用磁带完成），并监督程序（操作系统的雏形）负责控制作业的输入输出
缺点：内存中只有一道程序执行，只有该程序执行结束之后才能调入下一道程序；CPU有大量时间是在空闲等待I/O完成，资源利用率依然很低
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多道批处理系统：输入多道程序，操作系统正式诞生，并引入了中断技术
优点：并发执行，共享计算机资源，资源利用率大幅提升；CPU和其他资源保持“忙碌状态”，系统吞吐量增大
缺点：用户响应时间长，没有人机交互功能
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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
优点：用户请求可以被及时响应，解决了人机交互问题
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，循环的为每个作业服务一个时间片，不区分任务的紧急性
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实时操作系统
优点：能优先处理一些紧急任务
硬实时操作系统、软操作系统（可偶尔信息错误）
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网络操作系统、分布式操作系统、个人计算机操作系统
1.2 操作系统的运行机制与体系结构
两种指令
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特权指令：不允许用户程序使用，如内存清零指令
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非特权指令：允许用户程序使用，如普通的运算指令
两种处理器状态
程序状态字PSW中的某标志位标识
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用户态（目态）：此时CPU只能执行非特权指令
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核心态（管态）：特权指令、非特权指令都可执行
两种程序
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内核程序：系统的管理者，运行在核心态
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应用程序：运行在用户态
操作系统的内核：计算机最接近硬件的部分，最核心、基本的部分
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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（其运行不能中断）
操作系统的体系结构：大内核（集合操作系统的所有内核都运行在核心态）和微内核（只保留基本的内核功能，缺点是需要频繁地在核心态和用户态之间切换）
中断和异常
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中断发生时，CPU立即进入核心态
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中断发生后，当前运行的进程暂停运行，并由操作系统内核对中断进行处理
中断是用户态到核心态转换的唯一途径
中断的分类
内中断也可以分为：
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陷阱、陷入（trap）：有意而为之的异常，如系统调用
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故障（fault）：由错误条件引起的，可能被故障处理程序修复
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终止（abort）：不可恢复的致命错误造成的结果，不再将控制返回给引发终止的应用程序
系统调用
应用程序通过系统调用请求操作系统的服务，凡是与资源相关的操作，都必须通过系统调用的方式向操作系统提出服务请求，由操作系统代为完成，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，需要在核心态完成
系统调用与库函数的区别
有的库函数涉及系统调用，有的不涉及；普通应用程序可直接系统调用也可以同库函数
系统调用的过程
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陷入指令是唯一一个只能在用户态执行，不能在核心态执行的指令