操作系统核心概念解析：内核态与用户态、进程管理与系统调用

"这是一份全面的《操作系统》期末复习资料，涵盖了操作系统的基本概念、核心功能和重要原理，适合所有学习操作系统的学生。" 操作系统作为计算机系统的基础，是管理和协调硬件和软件资源的关键程序。它提供了操作系统界面对用户进行交互，并确保高效、安全地运行各种应用程序。操作系统属于系统软件类别，其地位至关重要，它构成了电脑软件的基础，所有的应用程序都需要在操作系统之上运行。 操作系统内核态和用户态的概念是理解操作系统工作方式的关键。用户态是普通用户进程运行的级别，权限较低，无法直接访问内核资源。相反，内核态则拥有最高权限，能够直接操作硬件和所有系统资源。进程在执行时会根据需要在两者之间切换，例如，当用户态程序需要进行硬件操作时，会通过系统调用进入内核态。 CPU的状态由程序状态字（PSW）或程序状态寄存器记录，用于追踪当前的运行级别和其他关键信息。操作系统通过创建进程、建立地址空间和管理文件这三个抽象，实现了对资源的有效管理和分配。 批处理系统是早期操作系统的一种形式，主要处理IO密集型任务，提高了系统资源的利用率。多道程序设计进一步优化了这一过程，允许多个程序同时在内存中运行，提升了系统效率。 寄存器是CPU中的重要组成部分，用于临时存储二进制代码，加快数据处理速度。系统调用是用户程序与操作系统内核交互的机制，用于执行需要特权权限的操作。MMU（Memory Management Unit）是CPU的一个部件，负责虚拟地址到物理地址的转换，确保内存访问的安全性和有效性。 磁盘容量的计算涉及到扇区、簇和逻辑驱动器等概念，理解这些对于有效管理存储至关重要。I/O操作通常由设备控制器自主完成，但当设备需要CPU干预时，如中断请求，CPU会暂停当前任务并处理I/O请求。进程管理是操作系统的重要部分，包括进程的创建、调度和销毁，PCB（Process Control Block）和TCB（Task Control Block）是描述进程状态和信息的数据结构，前者通常包含进程的基本信息，而TCB可能包含更详细的信息，如上下文切换所需的数据。 这份复习资料详尽地介绍了操作系统的基本概念、核心机制以及与硬件交互的方式，对于理解和掌握操作系统的工作原理极其有帮助。