操作系统入门：资源管理、特性与核心概念详解

操作系统是计算机系统的核心组件，它作为资源的管理者，为用户提供各种服务，并通过抽象层面对硬件进行扩展，从而使得复杂的硬件操作变得易于理解和管理。本课程主要分为三个章节，涵盖了操作系统的基础概念和核心功能。 第一章，介绍了操作系统的基本概念。作为资源管理者，操作系统负责分配和调度硬件资源，如CPU、内存、磁盘等，确保多个任务能够并发执行，体现其并发性特征。操作系统通过特权级来区分不同的权限，如x86架构中的四个特权级别，从高到低分别是内核态（R0，如系统核心代码）和用户态（R3，如常规应用程序）。中断/异常/陷入机制是用户态与内核态切换的重要手段，当发生中断时，系统会暂停当前任务并执行相应处理程序。 在I/O操作中，错误处理至关重要。如果I/O失败，系统会尝试重新执行，但有重试上限，超过则判断为硬件故障。系统还提供了多种类型的门，如任务门用于进程间通信，中断门阻止中断，陷阱门允许中断，而调用门用于函数调用，其中系统调用是用户程序与内核交互的关键途径。 第二章深入探讨了操作系统对用户程序的管理。系统调用是通过特定的指令或函数库间接完成的，内核函数是系统调用的核心处理程序。参数传递机制涉及陷指令、通用寄存器和专用堆栈区域。进程是操作系统实现并发的主要单元，每个进程都有独立的地址空间，由进程控制块（PCB）表示，它包含了进程状态、资源信息以及CPU上下文。 进程的并发性和动态性与程序形成鲜明对比。进程可以通过fork()创建新的子进程，共享部分资源，而exec()则替换进程的地址空间。进程有自己的生命周期，可以创建其他进程，体现了并发的灵活性。 第三章聚焦于并发和进程管理的细节。并发指的是在一段时间间隔内同时运行多个任务的能力，而进程是操作系统调度的基本单位，它有自己的PCB来记录信息。fork()和exec()是创建和替换进程的重要机制，分别复制父进程地址空间和启动新程序。进程模型强调了动态性和临时性，而程序则是相对静态的。 这门慕课详细讲解了操作系统如何管理和协调硬件资源，以及它在用户程序和硬件之间建立的桥梁，为理解现代计算机系统的运作提供了坚实的基础。