什么是操作系统

• 用户角度，操作系统是一个控制软件
• 管理应用程序（为应用程序提供服务、杀死应用程序）
• 资源管理（管理外设、分配资源）

站在计算机内部，操作系统把CPU、磁盘、内存这三部分物理资源抽象成进程、文件、地址空间，来给我们的应用程序使用。

操作系统层次结构：硬件之上，应用程序之下。

Kernel (操作系统内部组件)，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：

• 并发 ：计算机系统中同时存在多个运行的程序
• 共享：”同时”访问、互斥共享
• 虚拟：利用多道程序设计技术，让每个用户都觉得有一个计算机专门为他服务
• 异步：程序的执行不是一贯道底，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需要保证程序运行的结果也要相同。

计算机体系结构以及内存分层体系

计算机基本硬件结构：

CPU：完成对整个程序(软件)执行的控制。
内存：放置程序的代码和处理的数据。
I/O设备：硬盘、键盘、鼠标

内存的层次结构：

磁盘 (虚拟内存)、主存、缓存(CPU上的)

什么叫“内存的层次结构”？意思就是CPU要访问的指令或者数据在什么地方。
CPU可以访问的内存包括2大类：寄存器、cache（L1缓存、L2缓存）。都是位于芯片内部的，操作系统对它们无法直接管理的，它们速度很快，容量很小。

“主存”也就是我们的物理内存，放置我们的程序代码。一掉电数据就没有了。
硬盘：保持永久性数据。

操作系统要完成的4个目标

操作系统具体要完成的工作：

• 抽象(逻辑地址空间)
• 保护(独立地址空间)
• 共享(访问相同内存)
• 虚拟化(更多地址空间)

抽象：应用程序在运行的时候由操作系统有效管理，使得程序不必考虑太多底层的细节，不必考虑物理内存在什么地方，外设在什么地方。只需要访问一个连续的地址空间，我们把这个地址空间称之为逻辑地址空间。
保护：因为在我们的内存中可以运行多个不同的应用程序，我们需要保护多个进程之间的地址空间是需要隔离的。
共享：保障进程之间安全有效可靠的数据传递。
虚拟化：当内存有运行了很多应用程序之后，会出现内存不够的情况，如何让正在运行的程序获得它所需要的内存空间呢？把最需要放到内存的数据放到内存中，暂时不需要访问的数据可以放到硬盘上。