操作系統(tǒng)是管理計(jì)算機(jī)硬件與軟件資源的計(jì)算機(jī)程序，為用戶提供接口拥诡，幫助用戶使用計(jì)算機(jī)資源触趴，常見(jiàn)的操作系統(tǒng)有Windows、Linux渴肉、Mac冗懦、Unix等。

操作系統(tǒng)和普通程序的區(qū)別在于仇祭，操作系統(tǒng)具有進(jìn)程管理和內(nèi)存管理披蕉。此外，操作系統(tǒng)常常還具有設(shè)備管理乌奇、文件管理没讲、網(wǎng)絡(luò)管理、分布式管理等功能礁苗。操作系統(tǒng)原理的課程也按此進(jìn)行編排食零。

操作系統(tǒng)的發(fā)展經(jīng)歷了手工操作，單道批處理寂屏，多道批處理和分時(shí)系統(tǒng)贰谣，其硬件基礎(chǔ)經(jīng)歷了電子管，晶體管迁霎，集成電路和大規(guī)模集成電路的革新吱抚。在發(fā)展過(guò)程中，操作系統(tǒng)的速度考廉、容量秘豹、穩(wěn)定性和可靠性等得到逐步提升。

現(xiàn)代操作系統(tǒng)多為分時(shí)系統(tǒng)昌粤，其本質(zhì)是主機(jī)以一個(gè)很短的“時(shí)間片”為單位把CPU輪流分配給每個(gè)終端使用既绕。由于時(shí)間片很短，看起來(lái)就像每個(gè)終端都實(shí)時(shí)的運(yùn)行一般涮坐。

部分程序的運(yùn)行可以不需要操作系統(tǒng)凄贩，如開(kāi)機(jī)時(shí)可通過(guò)BIOS引導(dǎo)程序?qū)MOS參數(shù)進(jìn)行設(shè)置。

操作系統(tǒng)的邏輯結(jié)構(gòu)是指操作系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)思路袱讹，包括整體式結(jié)構(gòu)疲扎、層次式結(jié)構(gòu)和微內(nèi)核結(jié)構(gòu)。

CPU的工作狀態(tài)包括用戶態(tài)、核態(tài)和管態(tài)椒丧，其資源和指令使用權(quán)限的不同壹甥。用戶程序運(yùn)行在用戶態(tài)，操作系統(tǒng)運(yùn)行在核態(tài)壶熏。正是因?yàn)闄?quán)限不同句柠，用戶程序必須借助操作系統(tǒng)提供的API 函數(shù)完成內(nèi)核相關(guān)操作。

硬件按“態(tài)”來(lái)區(qū)分CPU的狀態(tài)棒假，操作系統(tǒng)按“進(jìn)程”來(lái)區(qū)分CPU的狀態(tài)俄占。Intel CPU有4態(tài)，包括Ring 0~Ring 3淆衷，其中Ring 0最核心。

操作系統(tǒng)的存儲(chǔ)器包括寄存器渤弛、高速緩存（CACHE）祝拯、主存（內(nèi)存）、輔存（硬盤(pán)）她肯，其速度逐漸下降佳头，容量逐漸提升，價(jià)格也越發(fā)便宜晴氨。當(dāng)需要訪問(wèn)某個(gè)數(shù)據(jù)或代碼段時(shí)康嘉，CPU按順序分布訪問(wèn)緩存，內(nèi)存和輔存籽前。

不同于循環(huán)掃描亭珍，CPU可以通過(guò)中斷機(jī)制處理突發(fā)的事件。當(dāng)中斷發(fā)生時(shí)候枝哄，CPU停止當(dāng)前工作肄梨，轉(zhuǎn)去處理該外部事件，處理完畢回到原來(lái)的工作中斷處（斷點(diǎn)）繼續(xù)原來(lái)的工作挠锥。為了能夠順利返回原來(lái)的工作众羡，操作系統(tǒng)需要記錄當(dāng)前程序指針位置，并將工作變量和寄存器等信息壓入棧中蓖租，當(dāng)中斷處理完畢后粱侣，將這些信息從棧中讀取處理，繼續(xù)執(zhí)行蓖宦。

剛開(kāi)機(jī)時(shí)齐婴，CPU運(yùn)行在實(shí)地址模式下，程序按照20位物理地址的尋址方式訪問(wèn)0h-FFFFFh的1M內(nèi)存稠茂。在實(shí)模式存取的1M空間的尾部64K空間內(nèi)存放系統(tǒng)BIOS文件尔店，用于系統(tǒng)的啟動(dòng)配置。此模式下，CPU只能單任務(wù)運(yùn)行嚣州。

在操作系統(tǒng)接管計(jì)算機(jī)時(shí)鲫售，系統(tǒng)可進(jìn)入保護(hù)模式，此時(shí)程序以32位虛擬地址尋址方式訪問(wèn)4GB虛擬內(nèi)存空間该肴，應(yīng)用程序和操作系統(tǒng)的運(yùn)行環(huán)境被保護(hù)起來(lái)情竹。同時(shí)，CPU支持多任務(wù)工作匀哄。

從按下電源鍵開(kāi)始秦效，電腦進(jìn)行加電自檢，BIOS中的啟動(dòng)程序加載MBR中的引導(dǎo)程序涎嚼，裝入內(nèi)存特定位置阱州，引導(dǎo)程序啟動(dòng)DOS7.0，調(diào)入操作系統(tǒng)核心法梯，windows開(kāi)始接管系統(tǒng)苔货。電腦繼續(xù)尋找顯卡等相關(guān)設(shè)備BIOS，顯示啟動(dòng)畫(huà)面立哑、BIOS夜惭、芯片組型號(hào)和主板等信息，并從硬盤(pán)/軟盤(pán)/光盤(pán)/U盤(pán)讀入操作系統(tǒng)铛绰。操作系統(tǒng)啟動(dòng)后诈茧，由操作系統(tǒng)接管計(jì)算機(jī)。

操作系統(tǒng)提供的用戶接口包括操作界面和系統(tǒng)調(diào)用捂掰，包括GUI和鍵盤(pán)命令敢会。而鍵盤(pán)命令又包括DOS，批處理这嚣，Shell等走触。系統(tǒng)調(diào)用是操作系統(tǒng)內(nèi)核為應(yīng)用程序提供的服務(wù)和函數(shù)。程序調(diào)用系統(tǒng)內(nèi)核命令會(huì)產(chǎn)生相應(yīng)中斷疤苹，系統(tǒng)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)保護(hù)互广，查找相關(guān)命令入口地址，由用戶態(tài)陷入內(nèi)核態(tài)執(zhí)行相應(yīng)的系統(tǒng)調(diào)用卧土。在執(zhí)行結(jié)束后惫皱，恢復(fù)現(xiàn)場(chǎng)，回到用戶態(tài)尤莺，繼續(xù)運(yùn)行程序旅敷。

進(jìn)程是程序在某個(gè)數(shù)據(jù)集合上的一次運(yùn)行活動(dòng)，其數(shù)據(jù)集合指軟/硬件環(huán)境颤霎。進(jìn)程與程序的區(qū)別是不同的媳谁。進(jìn)程是動(dòng)態(tài)的涂滴，是程序一次執(zhí)行過(guò)程，在內(nèi)存中暫存晴音，而程序是靜態(tài)的柔纵，是一組指令的有序集合，在介質(zhì)中長(zhǎng)存锤躁。此外搁料，一個(gè)程序可以擁有多個(gè)進(jìn)程。

操作系統(tǒng)允許多個(gè)進(jìn)程共存系羞，每個(gè)進(jìn)程按各自速度向前推進(jìn)郭计。為了讓進(jìn)程有序的運(yùn)行避免阻塞和相關(guān)干擾，需要對(duì)進(jìn)行進(jìn)程管理椒振。進(jìn)程的狀態(tài)包括昭伸，運(yùn)行態(tài)，就緒態(tài)和阻塞態(tài)等澎迎，其狀態(tài)可根據(jù)一定條件進(jìn)行相互轉(zhuǎn)化庐杨。

子進(jìn)程是父進(jìn)程的復(fù)制，具有相同的代碼嗡善，相同的數(shù)據(jù)，相同的堆棧学歧，子進(jìn)程與父進(jìn)程具有相同行為罩引，差別在于進(jìn)程標(biāo)識(shí)不同，與時(shí)間相關(guān)的信息不同枝笨。父子進(jìn)程可以并發(fā)運(yùn)行袁铐，并發(fā)運(yùn)行從創(chuàng)建進(jìn)程后的位置開(kāi)始執(zhí)行，避免重復(fù)創(chuàng)建新進(jìn)程横浑。

當(dāng)操作系統(tǒng)支持線程時(shí)剔桨，線程代替進(jìn)程成為CPU的調(diào)度單位。線程是可由CPU直接運(yùn)行的實(shí)體徙融，一個(gè)進(jìn)程可以創(chuàng)建多個(gè)線程洒缀，多個(gè)線程共享CPU可以實(shí)現(xiàn)并發(fā)運(yùn)行，具有比進(jìn)程更高的并發(fā)力度欺冀。

線程技術(shù)解決程序多個(gè)功能需要并發(fā)運(yùn)行的問(wèn)題树绩，如一手畫(huà)圓一手畫(huà)方，看視頻可以聽(tīng)到聲音同時(shí)看到字幕隐轩。線程技術(shù)可以提高窗口程序的交互性饺饭，一般將前臺(tái)交互作為主線程，而后臺(tái)計(jì)算作為子線程职车。

進(jìn)程的關(guān)系包括同步瘫俊，互斥鹊杖，常見(jiàn)的進(jìn)程管理機(jī)制包括鎖機(jī)制，信號(hào)燈機(jī)制和PV操作扛芽。

臨界資源是指一次只允許一個(gè)進(jìn)程獨(dú)占訪問(wèn)（使用）的資源骂蓖，臨界區(qū)則是進(jìn)程中訪問(wèn)臨界資源的程序段。因此訪問(wèn)臨界資源應(yīng)該遵循胸哥，忙則等待涯竟，空閑讓進(jìn)，有限等待和讓權(quán)等待等原則空厌。

在兩個(gè)或多個(gè)進(jìn)程中庐船，每個(gè)進(jìn)程都持有某種資源，但又僅需申請(qǐng)其他進(jìn)程已持有的某種資源嘲更。此時(shí)每個(gè)進(jìn)程都擁有其運(yùn)行時(shí)所需的一部分資源筐钟，但又都不夠，從而每個(gè)進(jìn)程都不能向前推進(jìn)陷于阻塞狀態(tài)赋朦，稱為死鎖篓冲。穿匡威才能買(mǎi)匡威，在先前沒(méi)有匡威的人和匡威售賣店間的買(mǎi)賣形成死鎖宠哄。

由于死鎖解決算法復(fù)雜壹将，取得的效益差，現(xiàn)有的操作系統(tǒng)不采取任何死鎖處理方案毛嫉，而將難題移交給用戶诽俯。

進(jìn)程調(diào)度指在合適的時(shí)候以一定策略選擇一個(gè)就緒進(jìn)程的運(yùn)行，其目的是讓每個(gè)進(jìn)程都能快速響應(yīng)承粤，盡可能避免饑餓和死鎖暴区。常見(jiàn)的調(diào)度算法如，先來(lái)先服務(wù)調(diào)度辛臊，短作業(yè)優(yōu)先調(diào)度仙粱，響應(yīng)比高者優(yōu)先調(diào)度，優(yōu)先數(shù)調(diào)度彻舰，循環(huán)輪轉(zhuǎn)調(diào)度等伐割。進(jìn)程調(diào)度需要進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)保護(hù)，其過(guò)程類似中斷處理刃唤。

除CPU和內(nèi)存外的設(shè)備都可以稱為外設(shè)口猜，操作系統(tǒng)一般以文件的形式管理設(shè)備，包括設(shè)備的打開(kāi)透揣，讀寫(xiě)济炎，控制和關(guān)閉。所謂設(shè)備驅(qū)動(dòng)辐真，可認(rèn)為是實(shí)際物理設(shè)備封裝成系統(tǒng)可調(diào)用的API函數(shù)须尚，操作系統(tǒng)通過(guò)這些函數(shù)可簡(jiǎn)單的操控實(shí)際物理設(shè)備崖堤。