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一、操作系统（OS）描述 1.1 什么是操作系统OS = Kernel + Shell，是介于底层硬件和应用软件之间的一层软件架构。
Shell 主要提供与Users的交互工作（Windows的GUI和Linux的Terminal）
Kernel 主要负责管理计算机的硬件资源
CPU调度器
内存管理 = 物理内存 + 虚拟内存
文件系统管理
中断和设备驱动
Kernel 特征并发（也并行）
共享
虚拟化（cpu,内存 => 进程, 硬盘 => 文件）
异步
1.2 操作系统的发展历史纸带+人工操作系统
多道操作系统
分时操作系统（1/1000 s一次分时）
单用户操作系统
分布式操作系统
计算机的快速发展与各个底层硬件的快速发展是分不开的（CPU的计算能力，IO的读写能力和网络带宽）
二、OS的启动、中断、异常和系统调用 2.1 计算机系统启动流程BIOS = Basic Input/Output System
graph LR A[BIOS]-->B[Bootloader] B --> C[OS] 2.1.1 BIOS启动流程POST = Power-On Self-Test
graph LR A[POST]-->B[启动顺序] B-->C[主引导记录] 2.1.2 主引导记录主引导记录（MBR）= Master Boot Record
graph LR A[MBR]-->B[分区表] B-->C[活动分区] 2.1.3 硬盘启动硬盘启动分为三种情况：
卷引导记录（Win）
扩展分区和逻辑分区（不常见）
启动管理器（Linux的Grub）
卷引导记录（VBR）= Volume boot record
graph LR A[活动分区]-->B[VBR] B-->C[OS]启动管理器模式：
graph LR A[MBR]-->B[Grub] 2.1.4 操作系统启动 graph LR A[Load /boot/kernel]-->B[run /sbin/init] 2.2 中断、异常、系统调用中断：不同硬件设备的计时器或网络中断（外设发起）（异步）
异常：非法指令或其他失败的处理状态（应用程序发起）（同步）
系统调用：应用程序主动向操作系统发出的服务请求（应用程序发起）（同步或异步）
2.2.1 中断处理流程 graph LR A[外设设置中断标记] --> B[保存现场] B --> C[中断程序处理] C --> D[清除中断标记] D --> E[恢复现场] 2.2.2 异常处理流程 graph LR A[保存现场] --> B[异常处理] B --> C[杀死异常程序] B --> D[重启发生异常的程序] C --> E[恢复现场] D --> E[恢复现场] 2.2.3 系统调用处理流程应用程序无法直接操作硬件，需要OS提供的服务接口来间接调用，例：
C语言的printf()函数，执行时会调用OS的write()接口
计算机基本硬件结构 = CPU + 内存 + 外设
CPU = 运算器 + 寄存器 + 控制器 + Cache（L1 + L2）+ 存储管理单元（MMU）
3.2 内存分层体系越是靠近CPU的内存，读取速度越快，由近及远依次是：
CPU寄存器 => Cache => 主存 => 虚拟内存
操作系统在内存管理上要完成的任务：
抽象
逻辑地址空间 != 实际地址空间
保护（隔离）
同时运行多个应用，每个应用有一片独立的地址空间
共享
进程间可以使用共享内存进行交互和数据的传递
虚拟
内存不足可以利用硬盘获得更多的地址空间
3.3 地址空间和地址生成逻辑地址空间：一个运行程序所拥有的内存范围。该地址是相对于当前进程数据段的地址，不和绝对物理地址相干。一个逻辑地址，是由一个段标识符加上一个指定段内相对地址的偏移量，表示为 [段标识符：段内偏移量]。
线性地址：是逻辑地址到物理地址变换之间的中间层。
物理地址空间：硬件支持的地址空间。
逻辑地址------（段机制）------->线性地址------（页机制）------->物理地址。
既然逻辑地址最终要转换为物理地址，那么为何还需要逻辑地址呢？逻辑地址提供了权限检查功能：比如我们设置逻辑地址和物理地址之间的映射关系时，可以设置某块地址是只读的，只写的，只有CPU处于管理模式时才能访问等。这些功能可以让系统的内核，用户程序的运行空间相互独立：用户程序即使出错，也无法破坏内核；用户程序A崩溃了，也无法影响到用户程序B。
3.3.1 逻辑地址生成过程 graph LR A[C程序.c] --> |编译| B[编译程序.s] B --> |汇编| C[汇编程序.o] C --> |链接| D[执行程序.exe] D --> |加载| E[应有载入内存]各个步骤的作用：
编译：C程序代码中，每个指针（变量名、函数名）就代表着一个逻辑地址，但该地址对硬件而言是不友好的，因此先经过编译，将代码转为语法树，通过符号来描述地址。
汇编：经过汇编，将上一步的语法树转为机器语言，使用一段相对连续的，从零开始的地址描述程序。更加接近底层硬件语言。