操做系統基本知識（一）

計算機系統體系結構：

1. 單處理器的計算機系統，它只有一個general purpose 的處理器，它有一個CPU來執行通用的指令集，    另外，裏面也包括一些專用的控制器（處理器），好比控制硬盤、網卡、鍵盤的等，這些控制器一般由操做系統管理； 
2. 多處理器的計算機系統，能夠分爲非對稱型（asymmetric multiprocessing )與對稱型(symmetric multiprocessing, SMP);  在非對稱型的多處理器系統中，由其中一個處理器控制與監督其它的處理器工做; 在對稱型的多處理器系統中，全部的處理器都是平等的。 對於多處理器計算機系統，一般每個處理器都有本身的寄存器與緩存，因此的處理器都共享物理內存的； 
   另外，現代的CPU設計，一般在一個chip上設計多個計算單元，常稱爲多核處理器， 從2006年之後， 如今Intel 與AMD的CPU都本都是多核處理器了。
3. 集羣計算機系統

 

操做系統的相關操做：

1. 經過雙模或多模（dual-mode or multimode) 操做 來肯定 能夠區分系統（內核或特權）指令仍是用戶指令， 實現的方法是經過硬件增長一個mode 位來識別； 把一些危險的或特徵重要的指令設爲特權指令，這樣用戶就沒法執行，肯定操做系統的性；
2. 使用一個timer 進行週期性的中斷，來確保了操做系統能夠一直掌控着CPU的控制權.  好比，萬一個用戶進入無限循環時，  經過這麼一箇中斷能夠把CPU的控制權交給操做系統；

 

操做系統結構：

1. 什麼是系統調用（system calls)？
   由於在用戶狀態是沒有辦法執行內核指令，怎麼辦？？那就經過系統調用來完成吧。它是由操做系統內核提供的一些服務，包括：進程管理、文件操做、內存管理、通訊等；
2. 什麼是API(application programming interface)？
   它是應用程序接口， 對於應用程序編程人員是可見的。  它實際上是對 系統調用的封裝，一個API能夠對應一個系統調用，也能夠包括多個system calls.  當編程人員使用須要使用內核功能時， 不須要直接調用系統調用，而是經過API來完成，API再去調用相應的systm calls。  爲何這麼作？？1. 爲了程序的可移植性，API經常能夠作到統一，而system call 的實現能夠不不同；2. 使用API比直接使用 system call 要簡單的多。
   經常使用的三種API： windows系統的windows API; POSIX based 的系統（unix, linux, MAc OSX)的 POSIX API； JAVA虛擬機的 Java API;
3. 什麼是 system call interface?
   它就是系統調用接口， 它能夠截獲API中使用的系統函數調用， 而後system call interface 再調用實際的 內核函數完成任務；  system call interface 起到 在API與實際的核函數之間的link 做用；
4. 操做系統的結構組成？
   1）簡單的 monolithic 操做系統；整個內核裏包括不少東西；性能高，可是維護、調試難。
   2） 分層的結構，實現簡單；
   3）microkernel結構，把一些必要的功能加入內核，其它的都放入到用戶態裏去；
   4）模塊化的結構： 一些必要的功能在內核，加入一些能夠加載的其它模塊（在內核態）；
   5） hybrid system :雜交以上的；

 

操做系統的啓動：  (講啓動過程 ，重點說了一下在加載硬盤上的 bootloader程序以前，電腦都幹了哪些事， 具體到 bootloader程序， 不一樣的操做系統不同吧）

瞭解一些背景知識：

1. CS:IP 兩個寄存器指示了 CPU 當前將要讀取的指令的地址，其中  CS  爲代碼段寄存器，而   IP  爲指令指針寄存器 。

2. 1979年，Intel 推出了8088 CPU, 8088內部數據總線都是16位，外部數據總線是8位，能夠尋址 1024 KB 的內存； 1981年8088芯片首次用於IBM PC機中，開創了全新的微機時代， 它運行的操做系統也是第一代的DOS系統。也正是從8088開始，PC機（我的電腦）的概念開始在全世界範圍內發展起來。

3. PC機的設計師將8088CPU 能夠尋址的 1M 中的低端640KB用做RAM，供DOS及應用程序使用， 這就是640K的基本內存； 高端的384KB常稱做上位內存， 則保留給ROM、視頻適配卡等系統使用。今後，這個界限便被肯定了下來而且沿用至今。這384K中的的低128KB是顯示緩衝區，高64KB是系統BIOS（基本輸入/輸出系統）空間，中間192KB空間用於其它留用，以下圖所示。在微軟的操做系統沒有完全脫離DOS的時候，即便你的電腦裝有幾兆或幾十兆內存，但若是你使用以DOS爲核心的操做系統，那麼你也只有640K的內存能夠直接使用，1M以上的內存要經過一些內存管理工具才能使用。從Windows 95開始，纔不存在常規內存的限制了，全部的內存，不論是8M仍是128M，均可以被直接使用。

 

操做系統的啓動過程： 

1. 當在咱們剛剛接通電源的時候，整個系統由BIOS控制，電壓還不太穩定，主板芯片組會向CPU發出reset的命令讓CPU開始初始化，同時主板芯片組等待電源發出POWE GOOD命令，一旦電源發出POWER GOOD命令，主板芯片組就會撤出 reset 的命令， 此時，這時候，CS:IP 兩個寄存器指向FFFF0H地址， CPU從 FFFF0H 地址開始執行尋址指令（這個地址是在BIOS內而再也不內存裏面），在這個地址中不管是AMI BIOS仍是Award BIOS，在這個地址中都會存儲一條跳轉命令，直接跳轉到系統BIOS中真正的啓動代碼處（這個代碼必定在 F0000H至 FFFFFH之間的某個地方），BIOS的代碼都是在BIOS芯片ROM中的，那個跳轉命令也是在ROM中的。 

補充：爲何是 FFFF0H的位置加入跳轉指令呢？

BIOS ROM芯片裏面的程序是在計算機出廠的時候直接燒錄在裏面的，完成一些主機自檢等操做，並提 供一些訪問磁盤等基本輸入輸出服務，因爲不一樣的計算機廠商生產的計算機所帶的外設不同，所以，這段程序大小也限機型的不一樣而不同， 因此，不能把這個段代碼的地址設置爲從 00000H開始， 爲了解決這個問題，8086規 定，CPU均從0xFFFF0處開始執行，而在0xFFFF0處，放一條無條件轉移指令JMP，跳轉到BIOS的代碼處（這個都是廠商本身規定）；

 

2. 運行BISO的代碼，幹什麼事呢？POST自檢！
主要的工做就是執行主機自檢（POST），當BIOS檢查到硬件正常後，按照 CMOS 中對啓動設備的設置順序檢測可用的啓動設備。BIOS將相應啓動設備的第一個扇區(也就是MBR扇區)讀入內存地址爲0000:7C00H 處，並檢查MBR的結束標誌位是否等於55AAH（活動盤的標誌），若不等於則轉去嘗試其餘啓動設備，若是沒有啓動設備知足要求則顯示"NO ROM BASIC"而後死機。

補充：爲何是07C00H處呢？（http://blog.csdn.net/bkxiaoc/article/details/50380835）

「0x7C00」 第一次出現是在 「IBM PC 5150」 的 BIOS 的 19號中斷例程中。

IBM PC 5150 是現代 x86 PC 的鼻祖，爲了保證向下兼容的原則，」0x7C00」得以保留。 19號中斷例程 就是 「POST」(Power On Self Test) ，上電自檢(包括檢查是否存在驅動器)，以後將啓動盤的第一分區的第一扇區的 512b 數據拷貝到 0x7c00處。  0x7c00」是由 IBM PC 5150 BIOS開發團隊決定(David Bradley博士)。

「0x7C00 = 32KiB - 1024B」 有什麼特殊含義? 是爲了解決系統和 CPU 內存分佈的需求！！

BIOS 決定這個地址的理由以下:

1. 32kb是符合(DOS)系統加載的最小空間
2. 8086/8088 0x0 - 0x3ff用於BIOS的中斷向量和BIOS數據區域。
3. 引導扇區是512字節，boot 程序須要的數據/堆棧 大於 512 字節。
4. 所以,0x7c00, 32KB 的最後 1024B 被選中了。

系統加電啓動後，能夠自由使用 0x7c00起始的, 32KB 的最後 1024B空間。

 

3. 這時候就須要磁盤第一扇區上的MBR代碼了，linux與windows的代碼不必定同樣， 以linux 爲例，說明：

具體參考：http://www.javashuo.com/article/p-aignldhh-kh.html， 寫的很明白；

 

 

 

 

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