第 1 章 · 操作系统概述

OS = 硬件与应用之间的中间层：向下管资源，向上给抽象。

1.1 功能与目标

四个核心功能，各有目标：

功能	管理对象	目标
处理机管理	CPU	提高 CPU 利用率、多道并发
存储器管理	内存	隔离、扩充（虚拟内存）、分配回收
文件管理	磁盘	按名存取、安全共享
设备管理	I/O 设备	屏蔽硬件差异、缓冲与调度

两个根本目标：方便用户（抽象）+ 提高利用率（并发）。

1.2 系统调用：用户态 vs 内核态

CPU 至少两种特权级：用户态、内核态。

• 用户态：只能执行非特权指令、访问自己的地址空间。
• 内核态：可执行特权指令（关中断、改页表、直接访问 I/O）、访问任意内存。

用户态程序
    │  write(1, "hi", 3)     ← 发起系统调用
    ▼
陷入 (int 0x80 / syscall)     ← 硬件切换到内核态
    ▼
内核态：查系统调用表 → 执行内核函数 → 恢复现场
    ▼
返回用户态，继续执行下一条指令

进入内核态三方式：系统调用（主动同步）、异常（除零、缺页，被动）、中断（外设信号，异步，见第 9 章）。三者都要保存现场、切内核栈、执行内核代码、恢复返回。

write(1, "hi\n", 3);   // 一次系统调用：用户态 → 内核态 → 用户态

用户态/内核态是权限不是角色；切换贵（存现场/切栈/刷 TLB）→ 系统调用要批量（read 一次读一大块）。

1.3 内核结构：宏内核 vs 微内核

	宏内核（Monolithic）	微内核（Microkernel）
代表	Linux、Unix、Windows(混合)	Minix、QNX、Mach
内核态包含	进程/内存/文件/驱动等全部	仅 IPC、调度、基础内存
服务方式	直接函数调用	消息传递（IPC）
性能	快（无消息开销）	慢（IPC 开销大）
可靠性	一个驱动崩溃可能拖垮内核	服务隔离，崩溃可重启
扩展性	编译进内核/模块	服务独立加载

宏内核功能全进内核态换性能；微内核推到用户态换可靠性，代价是频繁 IPC。Linux = 宏内核 + LKM，Windows = 混合内核，都向中间靠拢。