计算机系统概述

操作系统运行环境

中断和异常的概念

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。
在合适的情况下，操作系统内核会把CPU的使用权主动让给应用程序
中断是让操作系统内核夺回CPU使用权的唯一途径
中断会使CPU由用户态变为内核态，使操作系统重新夺回对CPU的控制权
如果没有中断机制，那么一旦应用程序上CPU运行，CPU就会一直运行这个应用程序，就无法实现并发

中断的类型

内中断中：

• 若当前执行的指令是非法的，如除法的除数为0，则会引发一个中断信号
• 有时候应用程序想请求操作系统内核的服务，此时会执行一条特殊的指令–陷入指令，该指令会引发一个内部中断信号

外中断中：

• 时钟中断——由时钟部件发来的中断信号
• I/O中断请求
• 每一条指令执行结束时，CPU都会例行检查是否有外中断信号

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。

系统调用

系统调用是操作系统提供给应用程序使用的接口，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。

系统调用与库函数的区别

由操作系统内核对共享资源进行统一的管理，并向上提供“系统调用”，用户进程想要使用共享资源，只能通过系统调用想操作系统内核发出请求。内核会对各个请求进行协调处理。

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同一掌管，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。

系统调用的过程

注意：

1. 陷入指令是在用户态执行的，执行陷入指令之后立即引发一个内中断，使CPU进入核心态
2. 发出系统调用请求是在用户态，而对系统调用的相应处理再核心态下进行

操作系统体系结构

原语是一种特殊的程序，具有原子性。也就是说，这段程序的运行必须一气呵成，不可被“中断”

内核是操作系统最基本、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。

大内核涉及第二、第三层，微内核仅涉及第二层

注意：变态的过程是有成本的，要消耗不少时间，频繁地变态会降低系统性能
大内核需要2次变态，微内核需要6次

分层结构里，最底层是硬件，最高层是用户接口，每层仅可调用更低一层

外核

操作系统引导

安装操作系统后，硬盘的分布

开机过程：

虚拟机

虚拟机：使用虚拟化技术，将一台物理机器虚拟化为多台虚拟机器，每个虚拟机器都可以独立运行一个操作系统
同义术语：虚拟机管理程序/虚拟机监控程序/Virtual Machine Monitor/Hypervisor