什么是操作系统
操作系统是一种运行在内核态的软件。它具有对所有硬件的完全访问权，可以执行机器能够运行的任何指令。
作为扩展机器的操作系统
操作系统的主要任务是隐藏硬件，呈现给程序良好、清晰、优雅、一致的抽象。（软件开发过程中也应该秉承此理念）
作为资源管理者的操作系统
操作系统的任务是在相互竞争的程序之间有序地控制对处理器，存储器以及其他 I/O 接口设备的分配
资源管理包括两种方式实现多路复用资源：
- 时间复用：不同的程序或用户轮流使用资源
- 空间复用：每个用户或程序都得到资源的一部分
计算机硬件
简单的计算机模型：CPU，内存以及 I/O 设备由一条系统总线连接起来，并通过总线与其他设备通信。现代个人计算机更加复杂，包含多重总线。
处理器
CPU 是计算机的“大脑”，一个基本周期是，从内存中取出指令，解码，接着执行。由于用来访问内存以得到指令或数据的时间，比执行指令的时间长得多，因此，所有 CPU 内都有一些用来保存临时数据和关键变量的寄存器。
流水线
许多现代 CPU 具有的，同时取出多条指令的机制。
比流水线更先进的设计是一种超标量 CPU ，两个或更多指令被同时取出，解码并装入保持缓冲区，一旦有执行单元空闲，就检查保持缓冲区是否有待执行的指令。
多线程和多核芯片
多线程允许 CPU 保持两个不同的线程状态，然后在纳秒级的时间尺度内来回切换。
存储器
目前的技术无法同时满足存储器迅速，充分大，便宜这三个目标，因此，存储器采用了一种分层结构。
寄存器
与 CPU 同种材料，因此和 CPU 一样快，但容量极小。
高速缓存
多数由硬件控制，主存被分割成高速缓存行，最常用的高速缓存行放置在 CPU 内部或者非常接近 CPU 的高速缓存中。有些机器具有两级甚至三级高速缓存，每一级高速缓存比前一级慢且容量大。
L1 缓存：在 CPU 中，通常用来将已解码的指令调入 CPU 的执行引擎。
L2 缓存：用来存放近来使用过的若干兆内存字。
访问 L1 缓存不存在延时，访问 L2 缓存则会延时一个或两个时钟周期。
主存 (RAM)
存储系统的主力，所有不能再高速缓存中得到满足的访问请求都会转往主存
磁盘
磁盘是一种机械装置，因此随机访问数据的时间较慢。
磁带
经常用于磁盘备份，可以保存非常大量的数据集。
I/O 设备
I/O 设备一般包括设备控制器和设备本身，
实现输入和输出的方式：
- 忙等待：CPU 一直轮询设备直到相应的操作完成
- 设备驱动程序启动设备，并让该设备在完成操作时发出一个中断
- 为 I/O 使用一种特殊的直接存储器访问
总线
现代处理器和存储器的速度越来越快，早期的单总线模型很难处理总线的交通流量，演化结果是，系统中有传输速度和功能都不同的总线。
- 即插即用 I/O 系统：系统自动收集有关 I/O 设备的信息，集中赋予中断级别与 I/O 地址，然后通知每块卡所使用的数值。