操作系统W3 Chapter1

阅读数: 次 2020-03-24

OS 第一章

第一章课后习题的概念梳理

笔记补全

上级具体实验操作见实验报告笔记。

第一章作业题

操作系统的主要功能：
1. 管理系统的软硬件资源；
2. 向用户提供一些服务和与计算机软硬件交互的接口。
内核态可以执行机器的所有指令，而用户态只能执行部分指令，比如连接到I/O设备是被禁止的。

这种区别重要的原因在于可以使用户更好的关心上层软件，利用操作系统提供的服务，忽略具体实施的细节，从而防止使某些具体的操作紊乱。
多道程序：是指多个程序对他们进行多道批处理，这些程序在宏观上是并行，微观上是串行的，这样可以更好的提高CPU的利用率，比如在等待缓慢的I/O时，可以让CPU进行计算。
假脱机：指在数据传输的过程中，把数据临时储存在某个存储区域，对数据进行缓冲。现代假脱机常见的应用是打印缓存，即计算机在打印时将打印任务加入到待打印的队列。
当每一个数据的读写即I/O都由CPU直接进行时，就不存在CPU等待其他I/O设备处理执行的时间，而多道程序技术却是在等待I/O处理时间时充分利用CPU以提高CPU利用。所以在此情况下，多道程序技术就不会发挥很好的作用。
个人计算机操作系统与大型主机操作系统的不同之处：

个人操作系统价格低，面对个人用户，功能支持一般仅仅需要满足个人用户的需求。大型主机操作系统面向用户群体，性能更倾斜于多个用户在主机操作系统上的分时、协同使用。此外运行大型主机操作系统的大型机往往也会用于储存商业数据库，这些应用要求操作系统提供服务的更高安全性和可用性。
块设备文件和字符设备文件的本质区别：块设备文件的访问可以是任意位置，字符设备文件要按照一定的顺序。
当用户2向用户1的文件建立连接以后，用户1将文件删除，用户2访问文件可能成功也可能不存在：

用户2对用户1的一个文件建立了一个链接，即在用户2的文件系统中，新增了一个i-node号映射到了用户1的这个文件，但实质上这个i-node号的数据结构对应的是用户1的这个文件的metadata,而不是用户1的这个文件的路径。所以当用户1删除这个文件时，如果用户1将这个文件，即这个存放用户数据的基本单位意义上的文件删除时（即从存储设备上），用户1访问文件不存在，而如果用户1只是删除了他文件系统下的映射时，访问文件仍然是成功的。
管道：管道不是一种必备的工具，管道也只是实现了进程与进程之间的通讯之一。但是管道始终高效方便的数据在进程间流动的通讯机制。
客户-服务器模型：可以用于单机系统，这种模型只是提供了服务器和客户机的区分，如minix操作系统中，也是按照这种模型，把功能模块化，维护服务器进程和客户进程。只是分布式系统这种模型更合适而已。

第一章笔记补全

虚拟化

虚拟化与云计算
管理os的os，即os管理客户os，客户os管理进程。
虚拟化的分类。

进程

动态实例与静态实例
宏观并微观串 c.f. concurrency v.s.parallel
parallel是同时（有时间交叉）

内存

为什么说32位内存是4G内存大小呢，用$2^32$算嘛。

异步性

说白了，异步性就是不确定性。

硬件

涉及到硬件就是操作系统来管的，所以CPU是硬件，磁盘是硬件

而kenerl是操作系统的核心，也是一个抽象的概念，在发行版中，kernel和shell是在一起的，但是shell不是操作系统的一部分，可以将shell理解成命令行解释器，也可以理解成communicate的介质和工具。

创建子进程

创建子进程时，往往让子进程和父进程做不同的事情。

做相同的事为啥还要创建呢？

程序load

当程序从磁盘加载到内存时会发生什么？分配一块连续的物理内存

内存栈

使用栈的数据结构来传参数【函数调用时】还有一些局部变量

不断做函数调用时，此时栈加深，做向下生长，不断malloc是向上生长。

系统调用

目录管理

mkdir/chdir/mount/link

link

同一文件名，不同路径名(共同操作同一文件)

通过操作i-nodo号，一个i-node号映射到不同的“路径名”，但其实存储的是一个文件。

文件

用户可见的保存数据的组织方式或是基本单位。

类Unix系统中：标记文件使用i-node号

i-node数据结构

I-node保存其对应文件的meta-data；

文件则用来保存用户的数据

路径名

文件名

mount

可以将两个文件系统合并成一个，比如将U盘挂到根文件系统下。

安全管理

9+2位permission bits,详见Missing-L1

时间管理

获取时间

作用，统计/分析程序执行时间，常用于优化时使用。

毕竟操作系统对性能很敏感的嘛。

组织结构

整体式结构

定义

整个操作系统是一堆过程的集合；每个过程都可以任意调用其他工程；kernel就是一堆可以互相调用的函数。

CPU的状态

用户态：一些I/O操作是没有权限执行的
核心态：

为什么要有系统调用：

有些操作用户态并没有权限执行，这个时候就需要切换到核心态，让系统调用来帮我们做。

系统调用的实现过程

401585017225_.pic_hd.jpg

“Trap to kernel”

sum up

这种宏内核的结构对于层次化不是很好，但如果硬分的话可以分成3部分，即1. 被请求服务例程的主例程(main procedure as the root of the layer tree)；2. 执行系统调用的服务例程3. 支持服务例程的实用历程(utility procedure)

分层式结构(微内核结构)

把操作系统分成若干分别完成一组特定功能的服务例程，即把kernel space只让他完成基本功能的基本实现。

即把功能模块化。

应用LPC：进程间请求-应答式传递机制

cache的是一种缓存的概念，而不是一种特定的谁是谁的缓存

cache在计算机中是很常见的。

经典Unix结构

classic

HAL:不是所有开源系统都是开源的！

为了避免某些开源协议，安卓系统有一个很巧妙的硬件抽象层。