計算機系統漫遊 | 操做系統

操做系統

• 可將操做系統視爲應用程序和硬件之間插入的一層軟件，全部應用程序對硬件的操做嘗試都必須通過操做系統。
• 操做系統功能：

1. 防止硬件被失控的應用程序濫用

2. 嚮應用程序提供簡單一致的機制，以控制複雜且大不相同的低級硬件設備

• 操做系統經過三個抽象概念（進程、虛擬內存、文件）來實現上述兩個功能

3. 進程是對處理器、內存、I/O設備的抽象表示

4. 虛擬內存是對內存、磁盤類I/O設備的抽象表示

5. 文件是對I/O設備的抽象表示

進程

• 進程是操做系統對正在運行程序的抽象，爲程序提供一個假象，使程序看上去好像是獨佔的使用內存、處理器和I/O設備，即該程序的數據和代碼好像是內存中惟一的對象。
• 在一個系統中能夠同時運行多個進程，但每一個進程都好像在獨佔的使用硬件。這是經過併發運行實現的，併發運行是指一個程序的指令和另外一個程序的指令交錯進行，從而實現不一樣進程的切換。
• 在現代系統中，一個進程實際由多個稱爲線程的執行單元組成，每一個線程都運行在進程中，並共享相同的代碼和全局數據。多線程運行，大大提升了程序運行的效率。

虛擬內存

• 虛擬內存是對進程的抽象，爲進程提供一個假象，使進程好像在獨佔的使用內存。所以，每一個進程看到的內存都是同樣的，稱爲虛擬地址空間。下圖爲linux的虛擬地址空間。
• 圖中地址從下往上增大，下面咱們從最低地址開始，逐步介紹每一個地址

1. 代碼和數據區。直接按照可執行目標文件內容初始化，內存程序代碼和數據。

2. 堆（運行時堆）。與數據代碼區大小固定不一樣，當調用malloc和free的c標準庫函數時，堆能夠在運行時動態的擴展和收縮。

3. 共享庫。存放C標準庫、數學庫等共享庫代碼和數據的區域。

4. 棧（用戶棧）。與堆相同，在運行期間也能夠動態擴展和收縮。編譯器用他來實現函數調用，調用函數時棧增加，返回函數時棧收縮。

5. 內核虛擬內存。內核是操做系統代碼常駐主存的部分，就儲存在這裏。程序沒法讀取本區域的數據，也沒法調用本區域函數。相反，程序讀取數據、調用函數的操做必須經過調用內核來執行。

文件

• 文件是對I/O設備的抽象化，把I/O設備都當作字節序列。這樣，輸入輸出就都是經過調用函數來讀取文件實現的

amdahl定律

• 改善過程的通常性原則：對系統某個部分加速時，對該系統總體性能的影響取決於該部分的重要性和加速程度；要想顯著加速某個系統，必須提高該系統運行時間佔比大的部分的速度
• 新的執行時間：