《現代作業系統》閱讀筆記——作業系統梗概

• 作業系統的主要功能
  • 隐藏複雜的底層硬體操作，為使用者程式提供抽象
  • 管理計算機資源
• 超線程
  • 對于一般的CPU， 雖然有多線程的概念，但是實際上CPU中每一時刻還是隻有一個線程在執行的
  • 我們知道現代CPU是流水線執行的，并且每個流水線階段有多個執行單元，比如專門執行浮點運算的，是以在不同任務重很有可能有些執行單元會不在工作。而超線程技術就是讓閑着的那些執行單元去做另一個線程的工作。這樣就實作了每一是個有多于一個線程在執行。
  • 但是這樣需要多于的硬體去管理，線程越多管理越複雜，是以一般隻有2個線程
  • 在核心本身就被充分利用的情況，超線程沒什麼用處
• CPU, 實體核心和邏輯核心
  • CPU就是每台電腦一個的那東西
  • 核心就是CPU中含有的核心數，現在一般是一個CPU8核心，他們公用一些cache
  • 實體核心和邏輯核心一般來說是一樣的，但是由于超線程技術的存在，邏輯記憶體可能是實體核心的兩倍
• 作業系統五大組成部分
  • 輸入輸出，保護/安全，程序，檔案系統，系統調用
• 輸入輸出政策
  • 最簡單的就是CPU阻塞等待輸出輸出完成
  • 一般的方法是啟動裝置，待操作完成發出中斷
  • 第三種是DMA，直接儲存器通路。和第二種方法不同之處在于，第二種是将資料讀入一個緩沖區。待緩沖區滿後，發出中斷，清空緩沖區。但是如果輸入資料量很大的時候會面臨頻繁中斷的問題。而DMA是直接讓記憶體與裝置連接配接，在完成所有輸入的時候才發出中斷，通知CPU。
• 核心模式和使用者模式
  • PSW（使用者狀态字）寄存器内含了CPU優先級，溢出标志等來表示目前程式的狀态，核心和使用者模式也可以在此被設定
  • 核心模式對計算機有全部操作權限，而使用者模式隻有有限權限，比如不能通路受保護的記憶體，不能修改目前模式等
  • I/O指令等都需要從使用者模式轉移到核心模式再執行
• 程序擁有的資源
  • 寄存器
  • 打開的檔案清單
  • 警報（alarm）
  • 相關程序清單
  • 運作程式所需要的其他資訊
  • 位址空間
    • 可執行的程式指令
    • 程式資料
    • 程式的堆棧
• 檔案系統
  • 作業系統将底層複雜的各種I/O細節抽象成了統一的概念——檔案
  • 特殊檔案
    • 塊特殊檔案：磁盤等
    • 字元特殊檔案： 列印機等
    • 特殊檔案抽象使得這個裝置看起來像檔案一樣
    • 一般存放在/dev目錄中
• 系統調用
  • 提供使用者程式和作業系統的互動接口的集合
• 微核心
  • 把許多核心态的功能放到使用者态實作
  • 代碼量較小
  • 減少核心中的錯誤
• 為什麼C不支援自動垃圾回收機制呢？
  • 因為作業系統是用C語言寫的，這樣直接管理效率更高
  • 當發生中斷的時候，系統隻有很有限時間來處理，如果這個時候自動來及回收機制突然調用了，就有可能丢失關鍵資訊
• POXIS标準
• 一開始UNIX有不同的版本，各個版本之間不相容，後來為了統一标準，指定了POXIS标準，凡是符合這個标準的程式可以在任何版本的UNIX系統上運作。