操作系统是计算机系统的核心组成部分，它负责管理和控制计算机的硬件资源，以及为用户提供高效、安全的软件执行环境。操作系统的主要作用在于实现资源的有效分配和调度，确保多任务的并发执行，并提供用户友好的交互界面。
操作系统的功能涵盖多个方面。在存储器管理方面，操作系统负责内存的分配、地址映射、保护以及扩展，确保内存资源的合理利用。处理机管理则涉及作业和进程的调度，控制进程的执行和通信，保证计算资源的高效利用。设备管理包括设备的分配、驱动以及提供设备无关性的接口，使用户无需关心底层硬件的具体实现。文件管理功能涉及文件的创建、删除、读写以及权限控制，保证数据的安全存储和访问。此外，操作系统还提供了多种用户接口，如命令行、程序接口和图形用户界面，方便用户与系统交互。
操作系统中，有用户模式和核心模式（或称内核模式）两种运行状态。用户模式下，用户程序只能执行非特权指令，而核心模式则拥有更高的权限，能够执行所有指令并控制硬件。处理器在执行特权指令时会从用户模式切换到核心模式，通常是通过中断机制来实现这种切换。系统调用是用户程序请求操作系统服务的一种方式，当调用系统调用时，处理器会陷入内核，执行相应的服务并返回用户模式。
操作系统的设计有多种结构，包括简单结构、层次化结构和微内核结构。简单结构操作系统设计直观但不易扩展；层次化结构通过分层设计提高了模块化，但可能增加开销；微内核结构将核心功能最小化，其他服务作为独立进程，提高了系统的稳定性和可扩展性。
虚拟机技术是现代操作系统中的一个重要组成部分，它提供了一种在单一硬件平台上运行多个独立操作系统实例的能力。虚拟机的主要优点是提高了资源利用率，提供了安全隔离，并使得系统开发和测试可以在不影响实际操作系统的环境中进行。
操作系统是计算机系统的基石，它协调硬件与软件之间的交互，为用户提供了高效、安全、便捷的计算环境。掌握操作系统的基本概念、功能和结构对于理解和使用计算机系统至关重要。
