计算机系统漫游

1. hello world程序在计算机中的执行过程

有C程序：

#include

int main()
{
     
	printf("hello world");
	return 0;
}

1.1 hello world 程序解释成机器可读程序的过程

预处理过程将头文件相关内容编译进hello world 程序文件，而后编译器将这个预处理后的文件生成汇编语言程序，汇编器将汇编语言程序解释成机器文件（二进制）供机器读取，最终链接器将printf函数链接进入形成最终的可执行文件

1.2 hello world目标程序在机器中的执行过程

1. 调用powershell程序，准备执行目标程序文件
   

2. 加载hello world 程序
   

3. 回车执行-----这个过程在计算机内产生了一系列交互过程
   a.
   首先shell程序看成进程A，加载hello world程序后，系统进程切换到hello程序，进行hello程序执行

   b. 我们输入hello_world程序后，shell将字符逐个读入寄存器，在将其放入到内存中
   
   c. 当我们在键盘上按下回车键时，shell程序知道我们已经结束程序的命令输入，shell执行指令，将hello程序的代码和数据从磁盘复制到主存（数据包括最终被输出到屏幕的hello world）
   
   d. 一旦目标文件hello中的代码和数据被加载到主存，处理器开始执行hello程序的main程序中的机器语言指令（这些指令将“hello world”字符串中的字节从主存复制到寄存器文件，再从寄存器文件中复制输出到显示设备

4. 屏幕上得到 hello world
   
   如上完成一次程序执行

2. 关键概念

1. 主存主要用来存储数据和程序
2. 处理器包括寄存器PC、寄存器文件和逻辑单元ALC
3. I/O设备主要包括键盘、鼠标、显示器和磁盘
4. 进程是cpu、主存、I/O设备的抽象
5. 线程是一个进程的组成单元
6. 内核是操作系统代码常驻主存的部分，它是系统管理全部进程所用代码和数据结构的集合
7. 并发指一个同时具有多个活动的系统
8. 并行指用并发来来使一个系统运行的更快

3. 关于提高程序运行速度

3.1 添加缓存方法

给cpu添加一个缓存，让待执行的程序所需要的内容临时存放在这里，可以减少因为程序存放主存中调用的过程，从而减少程序运行时间

高级别存储设备(L0最高)可以缓存低级别设备内容，而高级别缓存可以加快程序运行的速度

3.2 Amdahl 定律

若系统执行某应用程序需要时间为Told。假设系统某部分所需执行时间与该时间的比例为α，而该部分系统所提升的比例为k。即该部分初始所用时间为αTold，现在所需时间为（αTold）/k。因此总执行时间

Tnew=（1-α）Told+a*Told/k

得到加速比S

S=1/((1-α)+α/k）

结论

1. 虽然我们对系统的一个部分做出了很大改进，但是获得的整个系统加速却明显小于这部分的加速比
2. 当某部分提升比例k趋近无穷大，得到

其它

1. 系统中的总线是一组组的电子管道，用来传输定长的字节块，传送4个字节的是32位操作系统，8个字节的是64位操作系统

1个字节=8个比特

2. 操作系统用来管理硬件并避免其它程序滥用cpu
   

3. 操作系统通过三个抽象（下图）实现点2的功能
   

4. 系统与系统之间通过网络适配器来进行通信

实际上可以将网络适配器看成是一个特殊的I/O设备

5. 文件是I/O设备的抽象、虚拟内存是主存和I/O设备的抽象、进程是处理器、主存、I/O设备的抽象，而虚拟机是整个操作系统的抽象