【面向找工作】操作系统OS （一) 概述+硬件

本科的时候就学过OS了，但当时更多是一种无目的的学习，一整本厚厚的书，对我来说全是知识点。

因为读研后，还是要面临找工作，而网上零零碎碎的面试题，知识点又太稀碎。

所以打算面向找工作，好好地再学习一遍OS。不会过于详细，但也不会一知半解。

一、概述

1.操作系统是什么？

本质是软件，为用户提供一个更简单的计算机模型，达到响应用户指令控制硬件的效果。

那用户为什么不直接控制硬件？因为计算机系统太复杂，包含了处理器，主存等多个设备。

2.计算机的运行模式

1）内核态：OS的运行状态，可以执行任何的指令，访问计算机的任何资源（类似管理员的地位，有特权）

2）用户态：其他软件（例如浏览器，杀毒软件，用户自己写的程序）的运行状态，只能执行非特权的指令，访问该软件自己的存储空间

为什么需要两种运行模式？

为了安全，如果一个用户软件可以直接访问计算机的所有资源，那它就可以随意盗取信息，控制硬件了。

处于用户态的软件如何执行内核态下才允许执行的指令？

使用系统调用，这样系统会转为内核态，并交由操作系统处理，执行完命令后，会切回用户态。

二、硬件

1.CPU

功能：从内存中提取指令并执行。

每个CPU有特定的一组指令集，不通用。(例如：ARM x86指令集不同）

1）为什么CPU里有寄存器？

因为CPU执行指令的速度比从内存中提取指令或数据来得快，为了提升性能，就有了可以快速读取内容的寄存器，一般用于保存关键变量和临时结果。

2）有哪些特殊的寄存器？

程序计数器PC（Program Counter) : 存储下一条要提取的指令地址，当CPU提取指令后，会自动指向下一条指令地址。

堆栈指针： 指向当内存栈顶

3）CPU还有哪些设计用于提升性能？

流水线：并行执行 读取指令，执行指令等操作

超标量：有多个执行单元，用于执行不同的指令

多线程：并发处理，宏观上好似是有多个CPU，其实是交替运行不同的线程

2.内存

寄存器：在CPU中，访问速度快

高速缓存： 存储更频繁使用的资源

主存：容量大，存储大部分内容

磁盘：价格便宜，机械装置，所以随机访问速度慢

1）为什么存储器用的是分层次结构？

因为没有一类存储器可以同时满足读写快速且便宜。

3.IO设备

OS -->  设备驱动程序 --> 设备控制器 --> 设备