引论

1.3 计算机硬件

1. 处理器/CPU：从内存中取出指令并执行
   • 寄存器：保存关键变量和临时数据
     • 程序计数器：保存下一条指令的地址
     • 堆栈指针：指向内存中当前栈的顶端
     • 程序状态字：条件码位、模式（用户or内核）、CPU优先级
   • 流水线机制
   • 超标量CPU（执行顺序问题）
2. 存储器
   • 顶层：寄存器，由软件管理，少，快
   • 第二层：高速缓存，硬件控制，少，快
   • 第三层：主存/RAM，稍大，慢。高速缓存未命中的访问都将送往主存
   • 第四层：磁盘
     • 磁道
     • 扇区：512字节
     • 柱面
   • 第五层：磁带，保存大量数据
   • 只读存储器/ROM：快，便宜，只读
   • EEPROM和闪存：非易失，可擦除和重写
   • CMOS：易失的
3. 磁盘
4. 磁带
5. I/O设备
   • 设备控制器
   • 设备本身
6. 总线
7. 启动计算机
   • 基本输入输出系统/BIOS运行
   • BIOS检查各设备及储存是否正常
   • 扫描总线上的设备并记录、配置
   • BIOS通过尝试存储在CMOS存储器中的设备清单决定启动设备
   • 操作系统询问BIOS，获得配置，检查驱动并调入内核
   • 初始化表格，创建背景进程，启动登录程序或GUI

1.4 操作系统们

• 大型操作系统：OS/390
• 服务器操作系统：linux、window server
• 多处理器操作系统
• 个人计算机操作系统
• 掌上计算机操作系统
• 传感器节点操作系统
• 实时操作系统
• 智能卡操作系统

1.5 操作系统概念

1. 进程
2. 地址空间
3. 文件
4. 输入/输出
5. 保护
6. shell

1.6 系统调用

• 操作系统的作用：为用户程序提供抽象和管理计算机资源
• 一个CPU一次只能执行一条指令
• TRAP指令：用户态和内核态切换

1. 用于进程管理的系统调用
   • fork（派生）
   • waitpid
   • execve
2. 用于文件管理的系统调用
   • open
   • read
   • write
3. 用于目录管理的系统调用
   • mkdir
   • rmdir
   • link
   • mount（树）

1.7 操作系统结构

1. 单体系统：全部操作系统在内核态中以单一方式运行
   • 构造目标程序的方法：编译所有单个过程或文件，然后通过系统链接程序将它们链接成单一目标文件
2. 层次式系统：上层软件都是在下层软件的基础上构建的
   • 每一层都不需要关心其下面层已经构建好的功能的细节
   • 各个部分仍由链接完成单个过程
3. 微内核：为了实现高可靠性，将操作系统划分成小的、定义良好的模块。只有其中一个微内核运行在内核态上，其余全在用户态上。
   • 内核态的外部
     • 驱动：
     • 用户态：完成操作系统的多数操作
4. 客户-服务器模式
5. 虚拟机
6. 外核