计算机系统漫游 | 操作系统

操作系统

• 可将操作系统视为应用程序和硬件之间插入的一层软件，所有应用程序对硬件的操作尝试都必须经过操作系统。
• 操作系统功能：

1. 防止硬件被失控的应用程序滥用

2. 向应用程序提供简单一致的机制，以控制复杂且大不相同的低级硬件设备

• 操作系统通过三个抽象概念（进程、虚拟内存、文件）来实现上述两个功能

3. 进程是对处理器、内存、I/O设备的抽象表示

4. 虚拟内存是对内存、磁盘类I/O设备的抽象表示

5. 文件是对I/O设备的抽象表示

进程

• 进程是操作系统对正在运行程序的抽象，为程序提供一个假象，使程序看上去好像是独占的使用内存、处理器和I/O设备，即该程序的数据和代码好像是内存中唯一的对象。
• 在一个系统中可以同时运行多个进程，但每个进程都好像在独占的使用硬件。这是通过并发运行实现的，并发运行是指一个程序的指令和另一个程序的指令交错进行，从而实现不同进程的切换。
• 在现代系统中，一个进程实际由多个称为线程的执行单元组成，每个线程都运行在进程中，并共享相同的代码和全局数据。多线程运行，大大提高了程序运行的效率。

虚拟内存

• 虚拟内存是对进程的抽象，为进程提供一个假象，使进程好像在独占的使用内存。因此，每个进程看到的内存都是一样的，称为虚拟地址空间。下图为linux的虚拟地址空间。
• 图中地址从下往上增大，下面我们从最低地址开始，逐步介绍每个地址

1. 代码和数据区。直接按照可执行目标文件内容初始化，内存程序代码和数据。

2. 堆（运行时堆）。与数据代码区大小固定不同，当调用malloc和free的c标准库函数时，堆可以在运行时动态的扩展和收缩。

3. 共享库。存放C标准库、数学库等共享库代码和数据的区域。

4. 栈（用户栈）。与堆相同，在运行期间也可以动态扩展和收缩。编译器用他来实现函数调用，调用函数时栈增长，返回函数时栈收缩。

5. 内核虚拟内存。内核是操作系统代码常驻主存的部分，就储存在这里。程序无法读取本区域的数据，也无法调用本区域函数。相反，程序读取数据、调用函数的操作必须通过调用内核来执行。

文件

• 文件是对I/O设备的抽象化，把I/O设备都看成字节序列。这样，输入输出就都是通过调用函数来读取文件实现的

amdahl定律

• 改善过程的一般性原则：对系统某个部分加速时，对该系统整体性能的影响取决于该部分的重要性和加速程度；要想显著加速某个系统，必须提升该系统运行时间占比大的部分的速度
• 新的执行时间：

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