Java程序员需要掌握的计算机底层知识（二）：操作系统、内核、用户态与内核态、系统调用的执行过程
操作系统
启动过程
通电 -> bios uefi 工作 -> 自检 -> 到硬盘固定位置加载bootloader -> 读取可配置信息 -> CMOS
CMOS 用来存储可以配置的信息，需要通电才能存储信息，主板上有块电池给它通电。
鸿蒙
操作系统：一遍管理硬件，一般对外暴露接口，管理应用。
内核管理硬件。应用程序属于外围程序。
如未特殊说明，后面我们提到的都是Linux操作系统。
推荐一本书《Linux内核设计与实现》，是介于源码分析和应用中间的一本书，比较浅显、平实的语言勾勒出Linux内核的原理。
Kernel 内核
1、微内核 - 弹性部署 5G IoT
2、宏内核 - PC phone
3、外核 - 科研 实验中 为应用定制操作系统 (多租户 request-based GC JVM)
宏内核
相关的程序都放在一块内存里
微内核
万物互联：不同的占用的资源是不一样的，有的内存大，有的内存小…
鸿蒙是面向万物互联的操作系统，智能家居这样的小设备都不支持原始宏内核那样超级大的内核存在，所以使用可插拔式的微内核设计。（类似于微服务的概念）。只要有一个控制器对所有的智能家居进行控制。
部署起来特别灵活，所以叫弹性部署。
外核
针对应用定制自己的操作系统。是一个仅存在于实验室的概念，没有应用。
类似于，如果你给JVM写了一个专门针对WebServer的垃圾回收器，一个Request分配一个独立内存，Request接收之后直接将这块内存删掉（阿里正在做的多租户的GC的JVM）
VMM
由于硬件资源发展迅速，在硬件资源过剩的情况下，做出一个虚拟层（VMM：Virtual machine monitor，虚拟资源监控器），在虚拟层上面虚拟出几个操作系统，共享同一套硬件资源。
用户态、内核态
Intel CPU 分为三级：0，1，2，3三个级别
Linux 只使用了0，3两个级别。内核访问Ring 0级，应用程序只能访问Ring 3级。
linux内核跑在Ring 0级， 用户程序跑在Ring 3。
用户想要读硬盘、写硬盘、写网卡等，对于系统的关键访问，需要经过kernel的同意，切换到Ring 0级，保证系统健壮性。
内核执行的操作： 提供了200多个系统调用，例如 sendfile read write pthread fork等对外暴露的函数。
JVM ：站在操作系统老大的角度，JVM就是个普通程序
内核空间：只有内核能访问的空间。用户是不可能将这块内存干掉的。
用户空间：用户可以直接操作的空间。
用户态的程序要和内核态的程序打交道，需要通过系统调用。
正是因为这样的分层，使得现在的Linux，Windows非常健壮，不会轻易被程序搞崩。
系统调用的执行过程
系统调用 是用户空间访问内核的唯一手段，除 异常 和 陷入 外，它是内核的唯一合法入口。
系统调用表及源码链接 https://filippo.io/linux-syscall-table/
- Linux 的系统调用，作为 C 库的一部分提供
- 用户空间进程 用 系统调用号 来指明执行哪个系统调用。
- 进行系统调用的步骤：
- 用户空间应用程序把 系统调用号 放入 eax 寄存器中，外部参数 放在另外的 5 或 6 个寄存器中
- 应用程序通过
int $0x80触发 软中断（异常），系统切换到内核态，执行 128 号异常处理程序，即system_call()系统调用处理程序 system_call()运行，从 eax 寄存器中得到 系统调用号，检查其有效性，然后 执行相应的系统调用- 内核在执行系统调用的时候，处于 进程上下文。在进程上下文中，内核 可以休眠，并且 可以被抢占
- 系统调用返回 的时候，
system_call()负责 切换回用户空间，并让用户进程继续执行int $0x80的下一条指令
汇编示例：
# Simple program that exits and returns a status code back to the Linux kernel
./section .data # 以.为开头的名称不会被翻译为机器指令，而是作为一种汇编提示告知汇编器 ，这个形式直接被称为 “汇编指令” 或 ”伪操作“
./section .text # .text 段位保存代码， 是只读和可执行的。后面的指令都是属于 .text 段。
.globl _start # 告诉编译器，_start 这个符号就像c程序中的main函数一样，是整个程序的入口
_start : # 是一个符号，符号在汇编中表示一个地址，可以再指令中 ，汇编程序经过汇编器的处理后， 所有的符号都被替换成为它所代表的地址值。（通俗说，c语言中的函数变量名都属于符号）
# movl 是一条数据传送指令，要求CPU内部产生一个long数字1并保存到eax寄存器中。
# 1表示在CPU内部产生 ，称为立即数，立即数在前面要加个$ ,寄存器就加个%
movl $1 ,%eax # eax 寄存器用来指定系统调用号
movl $4 ,%ebx # _ebx 的值是传给 _exit 的参数，表示退出状态。_exit 的系统调用号为1。
int $0x80 # int 指令中的立即数 0x80 是一个参数，可以用于执行系统调用