一、基本特征
1. 并发
并发是指宏观上在一段时间内能同时运行多个程序，而并行则指同一时刻能运行多个指令。
并行需要硬件支持，如多流水线、多核处理器或者分布式计算系统。
操作系统通过引入进程和线程，使得程序能够并发运行。
2. 共享
共享是指系统中的资源可以被多个并发进程共同使用。
有两种共享方式：互斥共享和同时共享。
互斥共享的资源称为临界资源，例如打印机等，在同一时间只允许一个进程访问，需要用同步机制来实现对临界资源的访问。
3. 虚拟
虚拟技术把一个物理实体转换为多个逻辑实体。
主要有两种虚拟技术：时分复用技术和空分复用技术。
多个进程能在同一个处理器上并发执行使用了时分复用技术，让每个进程轮流占有处理器，每次只执行一小个时间片并快速切换。
虚拟内存使用了空分复用技术，它将物理内存抽象为地址空间，每个进程都有各自的地址空间。地址空间的页被映射到物理内存，地址空间的页并不需要全部在物理内存中，当使用到一个没有在物理内存的页时，执行页面置换算法，将该页置换到内存中。
4. 异步/不确定性
每个程序什么时候执行，向前推进速度快慢，是由执行的现场所决定。但同一程序在相同的初始数据下，无论何时运行都应获得同样的结果。
二、功能
1 存储器管理功能
内存分配: 记录整个内存，按照某种策略实施分配，或回收释放的内存空间。
地址映射: 硬件支持下解决地址映射，即逻辑到物理地址转换。
内存保护: 保证各程序空间不受“进犯” 。
内存扩充: 通过虚拟存储器技术虚拟成比实际内存大的多的空间来满足实际运行的需要。
2 处理机管理功能
作业和进程调度: 后备队列上（外存空间）的调度，作业调度(并不是所有类型机器都具有) 。CPU调度，进程调度。
进程通信: 由于多个程序(进程)彼此间会发生相互制约关系，需要设置进程同步机制。进程之间往往需要交换信息，为此系统要提供通信机制。
3 设备管理功能
缓冲区管理: 管理各类I/O设备的数据缓冲区，解决CPU和外设速度不匹配的矛盾。
设备分配: 根据I/O请求和相应分配策略分配外部设备以及通道、控制器等。
设备驱动: 实现用户提出的I/O操作请求，完成数据的输入输出。这个过程是系统建立和维持的。
设备无关性: 应用程序独立于实际的物理设备，由操作系统将逻辑设备映射到物理设备。
4 文件管理功能
文件存储空间的管理：记录空闲空间、为新文件分配必要的外存空间，回收释放的文件空间，提高外存的利用率等。
目录管理: 目录文件的组织、及实现用户对文件的“按名存取”、目录的快速查询和文件共享等。
文件的读写管理和存取控制: 根据用户请求，读取或写入外存。并防止未授权用户的存取或破坏，对各文件（包括目录文件）进行存取控制。
5 用户接口管理
命令界面: 系统提供一套命令，每个命令都由系统的命令解释程序所接收、分析，然后调用相应模块完成命令所需求功能。
图形界面: 考虑用户使用计算机的方便性，现代操作系统都提供了图形用户界面。它也是一种交互形式，只不过将命令形式改成了图形提示和鼠标点击。
程序界面: 也称系统调用界面，是程序层次上用户与操作系统打交道的方式。
三、系统调用
如果一个进程在用户态需要使用内核态的功能，就进行系统调用从而陷入内核，由操作系统代为完成。
Linux 的系统调用主要有以下这些：
| Task | Commands |
|---|---|
| 进程控制 | fork(); exit(); wait(); |
| 进程通信 | pipe(); shmget(); mmap(); |
| 文件操作 | open(); read(); write(); |
| 设备操作 | ioctl(); read(); write(); |
| 信息维护 | getpid(); alarm(); sleep(); |
| 安全 | chmod(); umask(); chown(); |
四、大内核和微内核
1. 大内核
大内核是将操作系统功能作为一个紧密结合的整体放到内核。
由于各模块共享信息，因此有很高的性能。
2. 微内核
由于操作系统不断复杂，因此将一部分操作系统功能移出内核，从而降低内核的复杂性。移出的部分根据分层的原则划分成若干服务，相互独立。
在微内核结构下，操作系统被划分成小的、定义良好的模块，只有微内核这一个模块运行在内核态，其余模块运行在用户态。
因为需要频繁地在用户态和核心态之间进行切换，所以会有一定的性能损失。
五、中断分类
1. 外中断
由 CPU 执行指令以外的事件引起，如 I/O 完成中断，表示设备输入/输出处理已经完成，处理器能够发送下一个输入/输出请求。此外还有时钟中断、控制台中断等。
2. 异常
由 CPU 执行指令的内部事件引起，如非法操作码、地址越界、算术溢出等。
3. 陷入
在用户程序中使用系统调用。