2.1 操作系统的启动

  1. CPU， I/O ， 内存通过总线连接
  2. DISK中有Bootloader（512字节）和OS，Bootloader的作用是将OS加载到内存。
  3. 启动过程：BIOS( basic I/O system)加电自检，检查基本设备有无问题；若无问题，从引导扇区加载Bootloader至0x7c00，CS:IP跳转到0x7c00；Bootloader将OS的代码和数据从磁盘加载到内存，OS开始管理。

2.2 操作系统的中断、异常和系统调用(1)—基本概念

  1. 操作系统与外设和程序交互：OS面对外设通过中断和I/O处理；面对应用程序通过异常和系统调用提供功能。
  2. 系统调用：(来源于应用程序)应用程序主动向操作系统发出服务请求。
    异常：(来源于不良的应用程序)非法指令或其它花的处理状态(如：内存出错)。
    中断：(来源于外设)来自不同的硬件设备的计时器和网络的中断。
  3. 为什么应用程序不能直接访问外设而是通过操作系统？
    -计算机运行时，内核是被信任的第三方。
    -只有内核可以执行特权指令。
    -为了方便应用程序：OS直接提供接口，不用去关注下层的细节。
  4. 产生的源头
    -中断：外设(键盘/鼠标/网卡/声卡/显卡，可以产生各种事件)
    -异常：应用程序意想不到的行为(如：除法中的除数为0)
    -系统调用(system call)：应用程序请求操作提供服务(如：打开/关闭/读写文件，发送网络包)
  5. 处理时间
    -中断：异步；
    -异常：同步；
    -系统调用：同步或异步。在应用程序系统调用时，正常情况下，应用程序一直等着，直到OS将数据返回，这属于同步；但应用程序也可以选择发出请求后，直接干其他的事，这属于异步。
  6. 响应
    -中断：产生时由OS处理，应用程序感受不到
    -异常：杀死或者重新执行意想不到的应用程序指令
    -系统调用：等待和持续

2.3 操作系统的中断、异常和系统调用(2)—中断和异常的处理过程

  1. 中断和异常分为硬件的处理过程和软件的处理过程，两者和在一起才构成操作系统的具体服务。
    将中断和异常编号，使之容易区分，每一个编号有一个对应的地址。
    这些中断号会构成一个表，当发生中断或者是异常的时候，只需要去查找这个表，就可以查到对应的问题，确定服务的起始地址，转跳去执行。
  2. 中断的处理过程：分为硬件和软件两个部分
    -硬件(外设)：
    外设产生一个中断标记。
    CPU根据标记产生一个具体的中断号再发给OS。
    OS找到对应的处理方法。
    -软件(OS)：
    保存程序当前的执行状态（执行到什么地方，寄存器内容是什么），便于后续程序从被打断的点继续行。
    中断服务程序执行。
    清除中断标记。
    恢复之前保存的处理状态。
  3. 异常的处理过程：异常也会产生一个异常的编号
    -保存现场
    -异常处理
    a. 操作系统杀死产生异常的程序。
    b. 操作系统修复产生异常的问题，让程序可以重新执行异常指令。
    -恢复现场
  4. 系统调用：程序访问主要是通过高层次的API接口，而不是直接进行系统调用。
    -应用程序调用printf()时，会触发系统调用write()
    -Win32 API用于Windows
    -Posix API用于Posix-based systems（包括Unix，Linux，Mac OS X的左右版本）
    -Java API并不是系统调用，而是Java虚拟机提供的支持，到最后还是由Win32 API或者Posix API执行
  5. 用户态： 应用程序在执行的过程中，CPU所处于的一个特权级的状态，其特权级特别低，不能访问某些特殊的机器指令和I/O。
    内核态： 操作系统运行过程中CPU所处于的一个状态，CPU可以执行任何的一条特权指令和I/0，可以完全的控制这个计算机系统。
    PS：当一个应用程序调用一个系统调用的时候，会完成从用户态到内核态的转换，从而使控制权从应用程序交到了操作系统来。操作系统就是可以对系统调用识别来完成具体的服务。
  6. 函数的调用和系统调用的区别：
    函数的调用只是简单的在一个栈空间里完成函数的调用和返回。而在系统调用过程中，由于应用程序和内核都有各自的堆栈，所以这回涉及到一个堆栈的切换，还会涉及特权级的转换，从用户态转换到内核态。这个是有消耗的，但是会换来安全和可靠。