主要根据自学的《操作系统：精髓与设计原理》和《现代操作系统》(指定教材——黑砖)所写

基础知识

这部分主要是计算机组成的内容，万幸用的不深，哪怕去年计组摆了依然能看懂

冯诺依曼结构

计算机由处理器、存储器和输入/输出部件组成，每类部件都有一个或多个模块。这些部件以某种方式互连，以实现计算机执行程序的主要功能。因此，计算机有4个主要的结构化部件：

处理器(Processor)：控制计算机的操作，执行数据处理功能。只有一个处理器时，它通常指中央处理器(CPU)。
内存(Main memory):存储数据和程序。此类存储器通常是易失性的，即当计算机关机时，存储器的内容会丢失。相对于此的是磁盘存储器，当计算机关机时，它的内容不会丢失。内存通常也称为实存储器(real memory)或主存储器(primary memory )
输入/输出模块(I/O modules): 在计算机和外部环境之间移动数据。外部环境由各种外部设备组成，包括辅助存储器设备(如硬盘)、通信设备和终端。
系统总线(System bus)：在处理器、内存和输入/输出模块间提供通信的设施。

一些寄存器

主要需要了解一下图片中的内容

当然还要学习指令的相关知识。包括取指令和执行。

中断

非常重要的内容
主要原因是I/O太慢而CPU太快所导致的。利用中断功能，处理器可以在I/O操作的执行过程中执行其他指令。

从用户程序的角度来看，中断打断了正常执行的序列。中断处理完成后，再恢复执行。

中断处理

这里主要了解这张图片

其中psw中包含了当前运行进程的状态信息.包括内存使用信息、条件码和其他诸如允许中断/禁止中断位、内核/用户模式位等状态信息

多个中断

处理多个中断有两种方法。第一种方法是正在处理一个中断时，禁止再发生中断。禁止中断的意思是处理器将对任何新的中断请求信号不予理睬。如果在这期间发生了中断，通常中断保持挂起, 当处理器再次允许中断吋，再由处理器检査。
上述方法的缺点是，未考虑相对优先级和时间限制的要求。例如，当來自通信线的输入到达时，可能需要快速接收，以便为更多的输入让出空间。如果在第二批输入到达时第一批输入还未处理完, 就有可能由于I/O设备的缓冲区装满或溢出而丢失数据。
第二种方法是定义中断优先级。允许髙优先级中断打断低优先级中断的运行。

存储器的层次结构

计组八大思想的内容，也是当时一个小重点，内容应该与OS有相当重合简单理解就是这个金字塔，还有cache那一套东西
在进行虚拟存储器和磁盘卨速缓冲设计时，还须解决类似的设计问题。这些问题可分为以下几类：

置换算法
写策略
高速缓存的级数
高速缓存大小
块大小
映射函数

直接内存存取

执行I/O操作的技术有三种：可编程I/O、中断驱动I/O和直接内存存取(DMA)

当处理器正在执行程序并遇到一个与I/O相关的指令时，它会通过给相应的I/O模块发命令來执行这个指令。使用可编程I/O操作(programmed I/0)时，I/0模块执行请求的动作并设置I/O状态寄存器中相应的位，但它并不会进一步通知处理器，尤其是它并不会中断处理器。因此处理器在执行I/O指令后，还要定期检査I/O模块的状态，以确定I/O操作是否已经完成。可编程I/O的问题是，处理器通常必须等待很长的时间，以确定1/0模块是否做好了接收或发送更多数据的准备。处理器在等待期间必须不断地询问I/O模块的状态，因此会严重降低整个系统的性能。
另种选择是中断驱动I/O (interrupt-driven I/O)。由处理器给I/O模块发送I/O命令.然后处理器继续做其他一些有用的工作。当V0模块准备好与处理器交换数据时，它将打断处理器的执行并请求服务。处理器和前面一样执行数据传送，然后恢复处理器以前的执行过程，尽管中断驱动I/O比简单的可编程I/O更有效，但处理器仍然需要主动干预在存储器和I/0模块之间的数据传送，并且任何数据传送都必须完全通过处理器。

总的来说，上述两种方法有以下问题：

I/O传送速度受限于处理器测试设备和提供服务的速度。
处理器忙于管理I/O传送的工作，必须执行很多指令以完成I/O传送。

因此有了新的技术：直接内存存取（Direct Memory Access, DMA）。
DMA功能可以由系统总线中的一个独立模块完成，也可以并入一个I/O模块中。无论采用何种形式，该技术的工作方式均是在处理器读或写一块数据时，给DMA模块产生一条命令，发送以下信息：

是否请求一次读或写
所涉I/O设备的地址
开始读或写的存储器单元
需要读或写的字数之后处理器继续其他工作。

处理器把这个操作委托给DMA模块负责处理。DMA模块直接与存储器交互，传送整个数据块，每次传送一个字。这个过程不需要处理器参与。传送完成后，DMA模块向处理器发一个中断信号。因此.只有在开始传送和传送结束时处理器才会参与。

总的来说，就是I/O太慢，而CPU太快导致

多核与多处理器

没什么太可说的，可以看两本书的参考资料和附录。有一句很有意思的话，操作系统本身不太可能运行在GPU上。

操作系统

概念

操作系统是控制应用程序执行的程序，是应用程序和计算机硬件间的接口。或者说操作系统是一个软件，很特殊的软件。操作系统的实际客户是应用程序。因此，操作系统有以下目标：

方便：操作系统使计算机更易于使用。
有效：操作系统允许以更有效的方式使用计算机系统资源。
扩展能力：在构造操作系统时，应允许在不妨碍服务的前提下，有效地开发、测试和引入新的系统功能。

操作系统的设计，体现了计组八大思想中的抽象。操作系统为程序员屏蔽了硬件细节，并为程序员使用系统提供了方便的接口。它可作为中介，使程序员及应用程序更容易地访问与使用这些功能和服务。

典型计算机系统中的三种重要接口：

指令系统体系结构（ISA）:定义了计算机遵循的机器语言指令系统，该接口是硬件与软件的分界线。注意，应用程序和实用程序都可直接访问ISA,这些程序使用指令系统的一个子集（用户级ISA）。操作系统能使用其他一些操作系统资源的机器语言指令（系统级ISA）。
应用程序二进制接口（ABI）:这种接口定义了程序间二进制可移植性的标准。AB1定义T 操作系统的系统调用接口，以及在系统中通过ISA能使用的硬件资源和服务。
应用程序编程接口（API〉： API允许应用程序访问系统的硬件资源和服务，这些服务由用户级ISA和高级语言库（HLL）调用来提供。使用API能让应用软件更容易重新编译并移植到具有相同API的其他系统中。

资源管理者

操作系统通常提供了以下几个方面的服务：

程序开发
程序运行
I/O设备访问
文件访问控制
系统访问
错误检測和晌应
记账

一台计算机就是一组资源，这些资源用于移动、存储和处理数据，并对这些功能进行控制，而操作系统负责管理这些资源。操作系统的一部分在内存中，包括内核程序（kernel 或nucleus）和当前正在使用的其他操作系统程序，内核程序包含操作系统中最常使用的功能。

发展历史及问题和解决方案

串行

调度：大多数装置都使用硬拷贝登记表来预订机器时间。通常，用户可以以半小时为单位登记一段吋间。有时，用户登记了 1小时而仅用45分钟就完成了工作，剩下的时间里计算机只能闲置，这时就会导致浪费。另一方面，用户因遇到问题而未在分配的时间内完成工作，则在解决问题前会被强制停止。
准备时间：称为作业的单个程序，可能会向内存中加载编译器和髙级语言程序（源程序），保存编译好的程序（目标程序），然后加载目标程序和公用函数并进行链接。每个步骤都可能需要安装或拆卸磁带，或准备卡片组。若在此期间发生了错误，则用户只能全部重新幵始。因此，在程序运行前的准备工作需要花费大量的时间。

这种操作模式称为串行处理，它反映了用户必须顺序访问计算机的事实。后来，为使串行处理更加有效，人们开发了各种各样的系统软件工具，包括公用函数库、链接器、加载器、调试器和I/O 驱动程序，它们作为公用软件可为所有用户使用。

简单批处理

简单批处理方案的中心思想是使用一个称为监控程序（monitor） 的软件。通过使用这类操作系统，用户不再直接访问机器，相反，用户把卡片或磁带中的作业提交给计算机操作员，由操作员把这些作业按顺序组织成批，并将整个批作业放在输入设备上，供监控程序使用。每个程序完成处理后返回到监控程序，同时监控程序自动加载下一个程序。

可以看出，监控程序或批处理操作系统，只是一个简单的计算机程序。它依赖于处理器可从内存的不同部分取指令的能力，交替地获取或释放控制权。此外，还考虑到了其他硬件功能：

内存保护：当用户程序正在运行时，不能改变包含监控程序的内存区域。若试图这样做，处理器硬件将发现错误，并将控制权转移给监控程序，监控程序取消这个作业，输出错误信息，并加载下一个作业。
定时器：定时器用于防止一个作业独占系统。在每个作业开始时，设置定时器，若定时器时间到，就会停止用户程序，控制权返回给监控程序。
特权指令：某些机器指令被设计成特权指令，只能由监控程序执行。处理器在运行一个用户程序时遇到这类指令，会发生错误，并将控制权转移给监控程序。I/0指令属于特权指令，因此监控程序可以控制所有1/0设备，此外还可避免用户程序意外地读到下一个作业中的作业控制指令。用户程序希望执行I/O时，须请求监控程序为自己执行这一操作。
中断：早期的计算机模型并没有中断能力。这个特征使得操作系统在让用户程序放弃控制权或从用户程序获得控制权时，具有更大的灵活性。

由内存保护和特权级引出了运行模式的概念。用户程序以用户模式（usermode）执行，此时有些内存区域是受保护的，特权指令也不允许执行。监控程序以系统态或内核模式（kernel mode）执行，此时不仅可以执行特权指令，而且可以访问受保护的内存区域。比如我们熟知的ring0和ring3