操作系统的结构
操作系统提供环境以便执行程序
操作系统服务
操作系统为程序和程序用户提供某些服务。
操作系统服务分两大类，用户服务和系统服务
用户服务用于提供用户功能，包括用户界面，程序执行，I/O操作，文件系统操作，通信和错误检测
系统服务不是为了帮助用户而是为了确保系统本身运行高效。多系统用户通过共享计算机资源可以提高效率。包括资源分配，记账，保护与安全。
用户服务
用户界面(User Interfase, UI):一种命令行界面(Command-Line Interfase, CLI),采用文本命令。另一种是批处理界面(batch interface)，命令以及控制这些命令的指令可以编成文件以便执行。其中最常用的是图形用户界面(Graphical User Interface, GUI)。
程序执行:系统应能加载程序到内存，并加以运行。程序还能结束执行，包括正常或不正常结束。
I/O操作：为了效率和保护，用户不应该直接操作I/O设备，操作系统提供手段来执行 I/O
文件系统操作：用户或程序对文件等进行操作需要通过操作系统。许多操作系统提供多种文件系统，有的允许个人选择，有的提供特殊功能或性能。
通信：在许多情况下，一个进程需要与另一个进程交换信息。通信实现可以通过共享内存(shared memory)(两个或多个进程读写共享内存区域),也可以通过消息交换(message passing)(符合预先定义格式的信息分组可以通过操作系统在进程之间移动)。
错误检测:操作系统需要不断检测错误和修正错误。
系统服务
资源分配：当多个用户或多个作业同时运行时，每个都应该分配资源。
记账：我们需要记录用户使用资源的类型和数量。
保护与安全：对于存在多用户或联网的计算机系统的信息，用户可能需要控制信息使用。
系统调用
系统调用(System call) 提供操作系统服务接口
通常，应用程序开发人员根据应用编程接口(Application Programming Interface ,API)来设计程序。API方便为应用程序员规定了一组函数，包括每个函数的输入参数和返回值。
共有三组常见的API可为应用程序员所用：
适用于Windows系统的Windows API
适用于POSIX系统的POSIX API(这几乎包括所有版本的UNIX，Linux和Mac OS X)
适用于java虚拟机的java API
那么，为什么应用程序员更喜欢根据API来编程，而不是采用实际系统编程呢？
一个好处涉及程序的可移植性。应用程序员根据API设计程序，来希望任何支持同一API的系统上编译并执行(虽然在现实中国体系差异往往使这一点更困难)。
再者，对于应用程序员，实际系统调用比API更加注重细节且更加难用。
调用者无需知道如何实现系统调用，而只需遵循API，并知道在调用系统调用后操作系统做了什么。
向操作系统传递参数有三种常用方法：
最简单的是通过寄存器来传递参数。
不过，有时候参数数量会比寄存器多。这时，这些参数通常存在内存的块或表中，而块或表的地址通过寄存器来传递。
参数也可通过程序放在或压入到堆栈中，并通过操作系统弹出。
系统调用的类型
系统调用大致分为六大类： 进程控制(process control)， 文件管理(file manipulation), 设备管理(device manipulation),信息维护(information maintenance)，通信(communication) 和 保护(protection)
*命令解释器的用途是什么？
命令解释器从用户或文件读取用户并执行，一般转化为系统调用。
系统程序
现代操作系统的另一个特点是系统程序。系统程序(system program)，也称为系统工具(system utility),为程序开发和执行提供了一个方便的环境。有的系统程序只是系统调用的简单接口，而其他的可能相当复杂。
系统程序可分为以下七类(文件管理，状态管理，文件修改，程序语言支持，程序加载与执行，通信，后台服务)：
文件管理：这些程序创建，删除，复制，重新命名，打印，转储，列出，操作文件和目录
状态信息：有些程序可从系统那里得到日期，时间，内存或磁盘空间的可用数量，用户数或其他状态信息。
文件修改：有多个编辑器可以创建和修改位于磁盘或其他存储设备上的文件。
程序语言支持：常用程序语言的编译程序，汇编语言，调试程序和解释程序，通常与操作系统一起提供给用户，或者自行下载
程序加载和执行：程序一旦汇编或编译后，要加载到内存上才能执行
通信：这些程序提供在进程，用户和计算机系统之间创建虚拟链接的机制
后台服务：所有通用系统都有方法，以便在引导时创建一些系统的进程。这些进程中，有的执行完任务就终止，有的会一直运行到系统停机。一直运行的系统进程，称为服务(Service), 子系统(subsystem )或守护进程。
除系统程序外，大多数的操作系统提供解决常见问题或执行常用操作的程序。如网络浏览器，文字处理器和文字排版器等。
操作系统的结构
操作系统有多种结构，其中有简单结构，分层方法，微内核，模块，混合系统。
简单结构
很多操作系统缺乏明确定义的结构，通常，这些操作系统最初是最小的，简单的，功能有限的系统。
比如MS－DOS就是这样的一个系统，当初设计人员设计的时候，没想到后来会如此受欢迎，。由于是利用最小空间而提供最多功能，因此并没有被仔细的划分模块。
MS－DOS系统并没有很好地区分功能的接口和层次。
应用程序能直接访问基本的I/O程序，并直接写到显示器和磁盘驱动。这会出现问题
这种自由使MS－DOS易受错误或恶意程序的伤害，因此用户程序出错会导致整个系统的崩溃。
还有一个例子，就是最初的UNIX操作系统，采用有限结构。它由两个独立的部分组成：内核和系统程序。内核又分为一系列接口和驱动程序。系统调用接口之下和物理硬件之上的所有部分为内核。这种单片结构有一个独特的性能优势：系统调用接口和内核通信的开销比较小。
分层方法
有了适当的硬件支持，操作系统可分成很多块。
系统的模块化有很多方法，一种方法就是分层法(layered approach)，即操作系统分成若干层(级)，最底层(0)为硬件，最高层为接口
分层法的主要优点在于简化了构造和调试。所选的层次要求每层只能调用更低层的功能和服务。
每层的实现都只是利用更低层所提供的操作，且只需要知道这些操作做了什么，并不需要知道这些操作是如何实现的。因此，每层要为更高层隐藏一定的数据结构，操作和硬件。
分层法的主要难点在于合理定义各层/
分层实现的最后一个问题是与其他方法相比效率稍差。因为当一个用户程序执行操作时，需要一层一层地向下，每层都会增加额外开销。
微内核
随着UNIX的不断壮大，其内核也变大更大且更难管理。
微内核从内核中删除不必要的组件，而将他们当做系统级与用户级的程序来实现。
微内核的主要功能是，为客户端程序和运行在用户空间中的各种服务提供通信，通信是通过消息传递(message passing)来提供的。
微内核方法的优点之一是便于扩展操作系统。所有新服务都可在用户空间里增加，并且如果一个服务出错，不会影响操作系统的其他部分。
但是由于增加的系统功能的开销，微内核的性能会受损。
*微内核的优点和缺点是什么？
优点：增加一个新的服务不需要修改内核
在用户模式中更安全，更易操作
缺点：频繁的消息传递使用系统调用，降低性能
模块
采用可加载的内核模块(loadable kernel module)
这种设计的思想是：内核提供核心服务，而其他服务可在内核运行时动态实现。
动态链接服务由于直接添加新功能到内核，这是因为对于每次更改，后者都要重新编译内核。
并且模块之间无需调用消息传递来进行通信。
混合系统
实际上，很少有操作系统采用单一的，严格定义的结构，他们组合了多种不同的结构，从而形成了混合系统。
Mac OS X是一个混合系统，首先，是分层系统。
顶层包括Aqua用户界面以及一组应用程序环境与服务。
这些层的下面为内核环境(kernel environment)，它主要包括Mach微内核和BSD UNIX内核。Mach微内核提供内存管理，远程过程调用(rpc)和进程间通信以及线程调度。内核环境提供了一个I/O KIt，以便开发设备驱动程序和动态加载模块(称之为内核扩展(kernel extension)).
图片MAC－OS结构
系统引导
加载内核以启动计算机的过程，称为系统引导。
大多数计算机系统都有一小块代码，称之为引导程序(bootstrap program)或引导加载程序(bootstrap loader)。这段代码能够定位内核，并加载到内存以开始执行。
梳理与总结
首先，是操作系统的服务分为两大类
然后是系统调用的概念以及六大类型，还有传递参数到操作系统的三种通用方法
之后，操作系统有七类系统程序
最后，五种操作系统的结构与特点
