第 1 章 名词库
这一页是复习主入口。 目标是把第 1 章的名词收全，并把每个词的边界和适用范围钉死。
每条最多四行：是（定义）／不是（划掉最常见的误解）／易混（成对的对手）／范围（该结论在什么条件下才成立）。
建设进度：✅ 1.1 ✅ 1.2 ✅ 1.3 ✅ 1.4 ✅ 1.5 ✅ 1.6 （第 1 章完整）
1.1.1 操作系统的概念
操作系统
- 是：控制和管理整个计算机系统的硬件与软件资源，合理地组织、调度计算机的工作与资源分配，并为用户和其他软件提供方便接口与环境的程序集合。
- 不是：不是一个程序——它是一批被事件触发的例程，不存在”操作系统进程”从头跑到尾。
- 易混：定义三段对应三个身份——资源管理者 / 接口 / 程序集合。
系统软件 vs 操作系统
- 是：系统软件是大类，包括操作系统、编译程序、汇编程序、数据库管理系统等；操作系统是其中最基本的一个。
- 不是：编译程序、数据库管理系统不是操作系统的一部分。
- 易混：判据——这个软件运行时需不需要另一个软件为它管理资源。操作系统不依赖任何其他软件。
裸机 / 扩充机器
- 是：不装任何软件的计算机称为裸机；覆盖了软件、功能得到扩充的机器称为扩充机器（虚拟机器）。
- 范围：“扩充”指操作系统提供的功能不是硬件本来就有的——“读文件”这个能力是文件系统造出来的，硬件只会”读第 N 块”。
1.1.2 操作系统的功能和目标
四项功能
- 是：处理机管理（第 2 章）、存储器管理（第 3 章）、文件管理（第 4 章）、设备管理（第 5 章）。
- 易混：管理目标是安全 + 高效，两者常互相冲突。
- 范围：这四项就是整门课的目录，后面四章是”资源管理者”在四类资源上的四次落实。
联机命令接口 / 脱机命令接口
- 是：联机（交互式）——用户说一句、系统做一句，可随时干预；脱机（批处理）——用户说一堆、系统做一堆，提交后不能干预。
- 易混：判据是提交后还能不能干预，不是”有没有终端”或”快不快”。
- 范围：“脱机”的意思是脱离了人机交互，它是批处理阶段的产物。
程序接口 / 系统调用 / 广义指令
- 是：由一组系统调用组成，供程序在代码中调用；系统调用又称广义指令。
- 不是：系统调用不属于命令接口——命令接口给人用，程序接口给程序用。
- 范围：用户程序请求操作系统服务的唯一途径是系统调用。
图形用户界面（GUI）
- 是：用户通过窗口、菜单、图标操作计算机的接口。
- 不是：不是第四种独立的实现机制——它最终通过调用程序接口（系统调用）实现。
1.1.3 操作系统的特征
并发 vs 并行
- 是：并发是两个或多个事件在同一时间间隔内发生；并行是在同一时刻发生。
- 不是：单核 CPU 能并发，不能并行。
- 易混：并行必然并发，反之不然。
- 范围：操作系统的并发性靠多道程序设计技术实现。
共享（互斥共享 / 同时访问）
- 是：互斥共享指一段时间内只允许一个进程访问（该资源称临界资源）；同时访问指宏观上多个进程同时访问，微观上可能交替。
- 不是：互斥共享不是”只允许一个进程访问”——“一段时间内”这个限定不能抽掉，否则就变成独占分配了。
- 范围：能否同时访问取决于资源可否寻址——磁盘可以，打印机不行。
虚拟（时分复用 / 空分复用）
- 是：把一个物理实体变为若干逻辑上的对应物。时分复用切时间 → 虚拟处理器；空分复用切空间 → 虚拟存储器。
- 易混：记法——处理器是”用时才占”的资源故按时间切；存储器是”一直占着”的资源故按空间切。
异步
- 是：多道程序环境下，进程走走停停、以不可预知的速度向前推进。
- 范围：“不可预知”是核心——它导致程序的执行结果不能依赖于执行速度，这正是必须引入同步机制的根本原因。
四个特征的依赖关系
- 是：并发与共享是两个最基本的特征，互为存在条件；虚拟与异步建立在它们之上。
- 范围：两个方向都要能说出理由——失去并发，共享无意义（资源本就全归唯一的程序）；失去共享，并发无法进行（资源不能共用就只能串行）。
1.2 操作系统发展历程
演进链
- 是：手工操作（人机速度矛盾）→ 单道批处理（CPU 等 I/O 时空闲）→ 多道批处理（无人机交互）→ 分时（不能优先处理紧急任务）→ 实时。
- 范围：每一代都是为治上一代的毛病而生，按这条链读不需要背。
单道批处理系统
- 是：引入脱机输入/输出技术与监督程序；三个特征——自动性、顺序性、单道性。
- 易混：“脱机”指输入输出不由主机直接完成，这是 SPOOLing 的思想来源。
多道批处理系统 / 多道程序设计
- 是：内存中同时存放多道程序，一道等 I/O 就跑另一道。特点是多道、宏观上并行、微观上串行。
- 范围：多道批处理系统的出现标志着操作系统正式诞生——因为并发从此出现，“管理”的需求才真正产生。
分时操作系统
- 是：把 CPU 时间切成时间片轮流分配给各联机作业。四个特征——同时性（多路性）、独立性、及时性、交互性。
- 不是：它不能优先处理紧急任务——所有作业被同等对待。
实时操作系统
- 是：能在规定时间内完成对外部事件的处理。两个主要特征——及时性、可靠性。分硬实时（必须在绝对严格的时间内完成）与软实时（可接受偶尔违反）。
- 不是：实时未必比分时”快”。
- 易混：↔ 分时系统的”及时”。判据：分时的及时是”响应时间短”（软性、平均）；实时的及时是”不超过截止时间”（硬性、每次）。
- 范围：实时的核心是”可预测”，不是”快”。
网络操作系统 / 分布式计算机系统
- 是：网络操作系统的特点是资源共享与通信；分布式系统的特点是分布性与并行性。
- 易混：判据——任务能不能被拆开并行执行。记法：网络是”你的资源借我用”，分布式是”这活儿咱们一起干”。
1.3.1 处理器运行模式
用户态 / 内核态
- 是：用户态（目态）权限低，只能执行非特权指令；内核态（核心态、管态）权限高，可执行全部指令。当前状态由 PSW 中的一个二进制位标志。
- 不是：不是操作系统在内存里维护的一个布尔变量——若是，用户程序改一下就能提权。
- 范围：保护闭环——想改模式位需处于内核态（改 PSW 本身是特权指令），想进内核态只能走受控入口。
特权指令
- 是：只允许在内核态执行的指令：关中断、置时钟、清内存、修改存储器管理寄存器、送程序状态字到 PSW、I/O 指令。
- 不是：特权指令错不是操作系统逐条扫描发现的——是 CPU 执行到该指令时检查 PSW 模式位、拒绝执行并触发异常。
- 易混：检查是执行时由硬件做的，不是事先由软件做的。
三种受控入口
- 是：系统调用（用户程序主动请求）、中断（外部事件）、异常（当前指令出问题）。
- 范围：入口地址由操作系统启动时写入中断向量表，CPU 只承认这张表里的入口，用户程序无法伪造跳进内核。
模式切换 vs 进程切换
- 是：模式切换只说明 CPU 在用户态与内核态之间转换。
- 范围：所有进程切换都要经过内核态，但进入内核态不一定切换进程。
getpid()发生两次模式切换、零次进程切换。
调度的时机
- 是：调度发生在内核态，常见时机是中断处理结束时、系统调用返回用户态前、进程阻塞或被唤醒后。
- 不是：不是”返回用户态后才开始调度”——一旦回到用户态，控制权已不在内核手里。
内核的四部分
- 是：时钟管理（进程切换的基础）、中断机制、原语、系统控制的数据结构及处理。
- 易混：原语的四个特点——处于最底层、运行具有原子性、运行时间较短、调用频繁。
1.3.2 中断和异常
外中断（中断）
- 是：来自 CPU 执行指令以外的事件，与当前指令无关，如时钟中断、I/O 完成中断。分可屏蔽与不可屏蔽。
- 范围：中断是操作系统夺回控制权的唯一手段——时钟中断是抢占式调度成立的前提。
内中断（异常、例外、陷入）
- 是：来自 CPU 执行指令内部的事件，与当前指令直接相关。分陷入 / 故障 / 终止。
- 不是：异常不能被屏蔽——它由当前指令造成，不处理就无法继续。
- 易混：判据是”与当前指令有没有关系”，不是严重程度。同一程序同样输入，异常每次都在相同位置发生；外中断则不然。
陷入 / 故障 / 终止
- 是：陷入由陷入指令有意引发（系统调用）；故障由可修复的错误引起（缺页）；终止由致命错误引起（除零、非法指令）。
- 范围：返回位置各不相同——陷入返回下一条指令；故障返回引起故障的那条指令（重新执行）；终止不返回。 “故障要重新执行原指令”正是缺页处理后重新执行原指令的来源。
中断隐指令
- 是：CPU 响应中断时自动执行的一串硬件动作——关中断、保存断点、引出中断服务程序。
- 不是：不是一条真正的指令，指令系统里找不到它，程序员写不出它。
- 范围：中断处理九步中前三步由硬件（中断隐指令）完成，后六步由软件完成；“把数据从控制器读进内存”必须由软件完成。
中断处理中的开关中断
- 是：第 ⑤ 步开中断是为了允许更高优先级的中断嵌套；第 ⑦ 步关中断是因为恢复现场不能被打断。
1.3.3 系统调用
系统调用
- 是：操作系统提供给应用程序的接口，是用户程序请求操作系统服务的唯一途径。五类：设备管理、文件管理、进程控制、进程通信、内存管理。
- 范围：凡是与资源有关、会直接影响其他进程的操作，都必须由内核完成——理由是共享。
陷入指令（访管指令、trap 指令）
- 是：执行它会立即引发一个内中断，CPU 进入内核态。
- 不是：它不是特权指令——否则用户程序连它都执行不了，就永远进不了内核。
- 易混：它是唯一一个只能在用户态执行、不可在内核态执行的指令。
- 范围：陷入指令本身在用户态执行，但对它的处理在内核态进行；它属于内中断中的”陷入”类，返回到下一条指令。
库函数 vs 系统调用
- 是：库函数是用户态的函数；系统调用是内核提供的服务。部分库函数封装了系统调用（
fopen/fread），部分是纯用户态计算（strlen、sqrt）。 - 范围：
fread读一个字节不一定触发一次系统调用——C 标准库自带缓冲。
系统调用 vs 普通函数调用
- 是：普通函数调用在同一模式内完成，只是压栈跳转；系统调用要执行陷入指令、切换模式、由内核代为执行。
- 范围：系统调用一定发生模式切换，不一定发生进程切换。
1.4 操作系统结构
分层法
- 是：内核分若干层，每层只能调用紧邻的低一层。
- 范围：优点是便于调试和验证（验证第 n 层时可认为第 n−1 层已正确）；缺点是效率低、层的边界难以合理定义。
模块化
- 是：主模块 + 可加载内核模块，模块间通过接口协作。
- 易混：与分层法的优缺点恰好互补——分层法用”限制”换可验证性，模块化用”自由”换灵活性。
- 范围：优点是逻辑清晰、支持动态加载；缺点是相互依赖，难以调试和验证。
宏内核（大内核）
- 是：主要功能模块都作为紧密整体运行在内核态，功能之间是普通函数调用。
- 不是：宏内核不等于没有模块——它完全可以模块化实现，只是模块都在内核态。
- 范围：优点性能高；缺点内核庞大、可靠性差。
微内核
- 是：只保留最基本功能在内核——低级进程/线程管理、低级存储管理、中断和陷入处理、进程间通信；其余作为用户态服务进程。
- 不是：微内核不是没有内核；进程间通信搬不出去，它是其余服务协作的手段。
- 易混：↔ 宏内核。判据是服务运行在哪个模式，不是代码是否分模块。
- 范围：性能差的原因是”模式切换 + 进程切换 + 消息传递”取代了函数调用，不是因为内核小。
外核
- 是：内核只负责分配硬件资源并保证安全，不做抽象——直接给用户程序分配”未经抽象的”硬件资源。
- 范围：优点是灵活、减少映射层因而提升效率；缺点是降低系统一致性、使系统更复杂。
1.5 操作系统引导
引导过程
- 是：激活 CPU（读 ROM → BIOS）→ 硬件自检 → 选定启动设备 → 加载 MBR → 扫描分区表找活动分区 → 加载 PBR → 加载启动管理器 → 加载操作系统。
- 范围：引导结束的标志是创建第一个用户态进程；引导过程中无法使用任何操作系统服务，只能按扇区号读盘。
BIOS
- 是：固化在 ROM 中的固件，负责硬件自检并把控制权交给引导程序。
- 不是：BIOS 不是操作系统——它不管理进程、不管理内存、不提供系统调用。
MBR vs PBR
- 是：MBR（主引导记录）在磁盘第 0 号扇区，整盘唯一，含引导程序与分区表；PBR（分区引导记录，即引导块）在每个分区的第一个扇区，负责装载本分区的操作系统。
- 易混：层级是 BIOS → MBR → 活动分区 → PBR → 启动管理器 → 内核。
- 范围：PBR 与具体文件系统配套，因此产生于逻辑格式化。
自举程序为何分两段
- 是：ROM 中只放很小的自举装入程序，完整的自举程序放在磁盘的启动块上。
- 范围：理由是 ROM 不可改写——若整个放进去，引导逻辑一变就得换芯片。
1.6 虚拟机
虚拟机 / VMM
- 是：用虚拟化技术把一台物理机虚拟为多台虚拟机，每台可独立运行一个操作系统；实现它的软件称为虚拟机管理程序（VMM / Hypervisor）。
- 范围：核心难点是特权指令——客户操作系统自认为在内核态会去执行特权指令，VMM 必须截获并用软件模拟。
第一类 VMM / 第二类 VMM
- 是：第一类直接运行在硬件上；第二类运行在宿主操作系统之上。
- 易混：所有差异都由这一条推出——控制权（直接 / 通过宿主）、资源（可独占 / 须共享）、性能（高 / 低）、数量（多 / 少）、可迁移性（低 / 高）、运行模式（最高特权级 / 部分用户态部分内核态）。
- 范围：最易错的是可迁移性——第一类低、第二类高，与性能恰好相反。
系统虚拟机 / 进程虚拟机
- 是：系统虚拟机虚拟出完整硬件环境，可运行完整客户操作系统（VMware、KVM）；进程虚拟机只为单个程序提供运行环境（JVM）。
- 易混：判据是上面能不能跑一个完整的操作系统。
虚拟化 vs 仿真
- 是：虚拟化下绝大多数指令由物理 CPU 直接执行，只截获少数特权指令；仿真则逐条翻译不同体系结构的指令。
- 范围：虚拟化不能跨体系结构，开销小；仿真能跨体系结构，开销大。判据是指令是”直接执行”还是”被翻译”。
高频”范围限定”清单
下表集中列出最容易被抽掉限定条件的结论。看到题干把限定词去掉，就是陷阱。
| 结论 | 成立的范围 |
|---|---|
| 系统软件就是操作系统 | 不成立——系统软件是大类，操作系统是最基本的一个 |
| 操作系统是一个程序 | 不成立——是程序集合，不存在”操作系统进程” |
| 系统调用属于命令接口 | 不成立——属于程序接口 |
| GUI 是独立的第四种机制 | 不成立——最终通过调用程序接口实现 |
| 联机/脱机的判据 | 提交后还能不能干预 |
| 并发 = 并行 | 不成立——同一时间间隔 vs 同一时刻；单核能并发不能并行 |
| 互斥共享 | 限定是”一段时间内”，抽掉就变成独占分配 |
| 时分/空分复用 | 时分 → 虚拟处理器；空分 → 虚拟存储器 |
| 并发与共享的关系 | 互为存在条件，两个方向都要能论证 |
| 操作系统诞生于哪一阶段 | 多道批处理系统（并发从此出现） |
| 实时系统比分时系统快 | 不成立——实时的核心是可预测，不是快 |
| 分时的”及时” | 响应时间短（软性）；实时的及时是不超截止时间（硬性） |
| 用户态/内核态是软件变量 | 不成立——在 PSW 中，改它本身是特权指令 |
| 特权指令错怎么发现 | CPU 执行时硬件检查，不是软件事先扫描 |
| 进入内核态就切换进程 | 不成立——进程切换必经内核态，反之不然 |
| 调度在返回用户态之后 | 不成立——在返回用户态之前检查调度 |
| 异常可以被屏蔽 | 不成立——异常不能屏蔽；可屏蔽中断可以 |
| 内中断/外中断的判据 | 与当前指令有没有关系，不是严重程度 |
| 缺页处理完执行下一条 | 不成立——缺页是故障，重新执行原指令 |
| 中断隐指令是一条指令 | 不成立——是 CPU 的一串硬件动作 |
| 陷入指令是特权指令 | 不成立——它必须是非特权指令，且只能在用户态执行 |
| 库函数就是系统调用 | 不成立——部分库函数封装系统调用，部分是纯用户态计算 |
| 系统调用会切换进程 | 一定切模式，不一定切进程 |
| 微内核没有内核 | 不成立；宏内核也可以是模块化的 |
| 微内核性能差的原因 | 模式切换 + 进程切换 + 消息传递取代了函数调用 |
| BIOS 是操作系统 | 不成立——是固件 |
| 第一类 VMM 可迁移性高 | 不成立——第一类低、第二类高 |
| 虚拟化就是仿真 | 不成立——直接执行 vs 逐条翻译 |
链接
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