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1. 操作系统概述

1.1 操作系统的定义

操作系统（Operating System，OS）是管理计算机硬件与软件资源的系统软件，为用户程序提供服务。

核心功能：

  1. 处理机管理（CPU 调度）
  2. 存储器管理（内存分配、回收）
  3. 文件管理（文件创建、删除、读写）
  4. 设备管理（I/O 设备控制）
  5. 提供用户接口（系统调用、命令行）

1.2 操作系统的层次结构

graph TB
    A[用户程序] --> B[系统调用接口 API]
    B --> C[内核空间]
    C --> D[进程管理]
    C --> E[内存管理]
    C --> F[文件系统]
    C --> G[I/O 管理]
    C --> H[设备管理]

    D --> I[进程控制块 PCB]
    E --> J[内存分配/回收]
    F --> K[文件控制块 FCB]
    G --> L[设备驱动]
    H --> M[中断处理]

    style C fill:#f96
    style D fill:#6f6
    style E fill:#69f

1.3 用户态与内核态

graph LR
    A[用户态 User Mode<br/>Ring 3] -->|系统调用 System Call| B[内核态 Kernel Mode<br/>Ring 0]
    B -->|返回结果| A

    style A fill:#f96
    style B fill:#6f6
特性 用户态 内核态
权限 只能访问用户空间 可以访问所有内存和硬件
指令受限 不能执行特权指令 可以执行所有指令
访问范围 受限 完全访问
切换方式 系统调用、中断、异常 中断返回

x86 处理器特权级（Ring 0-3）：

2. 进程管理

2.1 进程的基本概念

进程（Process）：程序在执行过程中的实例，包含程序代码、数据和进程控制块。

2.2 进程状态转换

stateDiagram-v2
    [*] --> 创建
    创建 --> 就绪
    就绪 --> 运行: 调度程序选中
    运行 --> 就绪: 时间片用完/被抢占
    运行 --> 阻塞: 等待 I/O
    阻塞 --> 就绪: I/O 完成
    运行 --> 结束: 任务完成
    就绪 --> 结束: 被终止
    结束 --> [*]
状态 说明
创建 进程正在被创建
就绪 进程等待分配 CPU
运行 进程正在 CPU 上执行
阻塞 进程等待 I/O 操作完成
结束 进程执行完毕

2.3 进程控制块（PCB）

graph TB
    A[进程控制块 PCB] --> B[进程标识符 PID]
    A --> C[进程状态]
    A --> D[程序计数器 PC]
    A --> E[寄存器上下文]
    A --> F[内存管理信息]
    A --> G[记账信息]
    A --> H[I/O 状态信息]

    style A fill:#f96