《现代操作系统》阅读笔记——操作系统梗概

• 操作系统的主要功能

  • 隐藏复杂的底层硬件操作，为用户程序提供抽象
  • 管理计算机资源

• 超线程

  • 对于一般的CPU， 虽然有多线程的概念，但是实际上CPU中每一时刻还是只有一个线程在执行的
  • 我们知道现代CPU是流水线执行的，并且每个流水线阶段有多个执行单元，比如专门执行浮点运算的，因此在不同任务重很有可能有些执行单元会不在工作。而超线程技术就是让闲着的那些执行单元去做另一个线程的工作。这样就实现了每一是个有多于一个线程在执行。
  • 但是这样需要多于的硬件去管理，线程越多管理越复杂，所以一般只有2个线程
  • 在内核本身就被充分利用的情况，超线程没什么用处

• CPU, 物理内核和逻辑内核

  • CPU就是每台电脑一个的那东西
  • 内核就是CPU中含有的核心数，现在一般是一个CPU8核心，他们公用一些cache
  • 物理内核和逻辑内核一般来说是一样的，但是由于超线程技术的存在，逻辑内存可能是物理内核的两倍

• 操作系统五大组成部分

  • 输入输出，保护/安全，进程，文件系统，系统调用

• 输入输出策略

  • 最简单的就是CPU阻塞等待输出输出完成
  • 一般的方法是启动设备，待操作完成发出中断
  • 第三种是DMA，直接储存器访问。和第二种方法不同之处在于，第二种是将数据读入一个缓冲区。待缓冲区满后，发出中断，清空缓冲区。但是如果输入数据量很大的时候会面临频繁中断的问题。而DMA是直接让内存与设备连接，在完成所有输入的时候才发出中断，通知CPU。

• 内核模式和用户模式

  • PSW（用户状态字）寄存器内含了CPU优先级，溢出标志等来表示当前程序的状态，内核和用户模式也可以在此被设置
  • 内核模式对计算机有全部操作权限，而用户模式只有有限权限，比如不能访问受保护的内存，不能修改当前模式等
  • I/O指令等都需要从用户模式转移到内核模式再执行

• 进程拥有的资源

  • 寄存器
  • 打开的文件列表
  • 警报（alarm）
  • 相关进程列表
  • 运行程序所需要的其他信息
  • 地址空间
    • 可执行的程序指令
    • 程序数据
    • 程序的堆栈

• 文件系统

  • 操作系统将底层复杂的各种I/O细节抽象成了统一的概念——文件
  • 特殊文件
    • 块特殊文件：磁盘等
    • 字符特殊文件： 打印机等
    • 特殊文件抽象使得这个设备看起来像文件一样
    • 一般存放在/dev目录中

• 系统调用

  • 提供用户程序和操作系统的交互接口的集合

• 微内核

  • 把许多内核态的功能放到用户态实现
  • 代码量较小
  • 减少内核中的错误

• 为什么C不支持自动垃圾回收机制呢？

  • 因为操作系统是用C语言写的，这样直接管理效率更高
  • 当发生中断的时候，系统只有很有限时间来处理，如果这个时候自动来及回收机制突然调用了，就有可能丢失关键信息

• POXIS标准

• 一开始UNIX有不同的版本，各个版本之间不兼容，后来为了统一标准，指定了POXIS标准，凡是符合这个标准的程序可以在任何版本的UNIX系统上运行。