操作系统

操作系统：第一章：导论，os的作用用户&硬件的中介/接口、需要做what固观点不一、计算机系统组织（原理：使CPU能够响应异步事件（设备控制器准备好服务时））等等

操作系统

• 第一章：导论
  • 介绍
    • os的作用
      • 用户&硬件的中介/接口
      • 需要做what固观点不一
    • 计算机系统组件
      • 硬件
        • cpu/内存/I-O/通信
      • 操作系统
      • 程序软件
      • 用户
    • os视图
      • os提供服务
        • 程序创建
        • 程序执行
        • 访问I/O,文件
        • 系统访问
      • os三大经典观点
        • 资源管理器
        • 控制程序
        • 命令执行器
        • 现代化解释：虚拟机
          • 虚拟机是一个程序，它完美地虚拟了硬件配置的每个细节
      • os定义
        • 提供虚拟机抽象处理硬件
        • 协调资源并保护用户彼此不受影响
    • os演变
      • 早期系统（1950）
        • 早期软件
        • 大量的设置时间
        • I/O极慢
        • cpu利用率低
        • 高安全
      • 20世纪60年代
        • 简单批处理系统
          • 内存保护
          • 特权指令
          • 中断
      • 1970之后
  • 组成
    • 计算机硬件结构
      • 冯诺依曼
        • X86
      • 哈佛建筑
        • ARM9,MIC
    • 计算机系统组织
      • 中断
        • os与硬件交互的关键
          • 过程：硬件传达信号---cpu--触发中断（ISR）
          • 原理：使CPU能够响应异步事件（设备控制器 准备好服务时）
        • 中断类型
          • 陷阱（异常）
          • 外部中断
          • 系统调用
        • 中断属性
          • 异步/同步
          • 外部/硬件与内部/软件
          • 显式/隐式
      • 存储结构
        • 主存
          • 唯一大型存储介质
            • 是CPU可以直接访问的
          • 容量不够
          • 易失
        • 辅助存储器
          • 大容量
          • 非易失(NVM，nonvolatile memory)
          • 子主题
        • 硬盘
          • HDD
        • 缓存
          • most of time 缓存特别是指CPU内的SRAM
      • 主存管理
        • 初始内存管理
          • 最低限度管理
          • 内存分割split
          • 内存分区division
        • 动态内存管理
          • 共享系统资源要求:错误的程序不导致其他程序错误执行
            • 常驻监控程序是一个“受信任的程序”，但是如何保护它不受 用户程序的破坏呢？  解决方案：使用界限寄存器(Fence Register)和寻址访问逻辑。 1.用户程序可以读取任何地址，但寻址访问逻辑确保它只能写入大于界限寄存器值的地址。 2.加载界限寄存器的指令必须具有特权（它只能由常驻监控程序执行）  但如何确保这一点呢？ so 双模式操作
          • 保护常驻监控程序
            • 界限寄存器
            • 寻址访问逻辑
        • 双模操作
          • 用户程序永远无法在内核模式下控制计算机。  当发生任何类型的中断时，中断硬件切换到内核模式，执行内 核地址空间中的正确ISR  特权指令只能在内核模式下执行。  解决方案：在计算机硬件中添加一个模式位指示当前模式 ◌ 模式位保存在状态寄存器中 ◌ 内核/系统/监控程序/管理员（0）或用户（1）。
          • 用户模式:代表用户执行
          • 内核模式:代表操作系统执行
        • 内存分区保护
          • base register
          • limit register
        • 保护硬件
          • 内核模式下执行时,os可以不受限制地访问系统和用户的内存
          • 基址寄存器和限制寄存器的加载指令是特权指令,特权指令只能在内核模式下发出
        • 陷阱traps
          • 陷阱/异常是由程序错误引起的软件生成的中断。它使用中断硬件切换到内核模式。
          • 实列:算术溢出/下溢,除零, 执行非法指令, 用户内存空间之外的引用
        • 总结:
          • 如何保护内存空间中的作业？ ——使用界限寄存器和寻址访问逻辑 如何保护界限寄存器？ ——使用特权界限加载指令 如何确保特权执行？ ——使用模式位 但是如何保护模式位呢？ —— 仅通过中断硬件更改为内核模式！
      • I/O
        • 大部分os代码用来管理I/O
        • 中断驱动I/O
        • 直接存储器存取(DMA)
    • 计算机系统组织&环境
      • 多道程序批处理系统
      • 分时系统
      • 实时系统
    • 计算机系统的体系结构
      • 单处理器系统
      • 多处理器系统
        • 增加吞吐量
        • 规模经济
        • 增加可靠性
      • 集群系统
  • os功能视图
    • 计算机动力学
      • 带中断的指令
      • 外部中断
      • 中断驱动I/O
        • 同步I/O
        • 异步I/O
    • 硬件保护
      • 双模保护
      • I/O保护
      • 内存保护
      • CPU保护
    • 基本os概念
      • 线程
      • 地址空间
      • 进程
      • 双模式操作/保护
    • 资源管理
      • 进程管理
      • 内存管理
      • 文件系统管理
      • 大容量存储管理
      • 缓存管理
      • I/O系统管理
    • 自由和开源os
      • GNU项目
      • BSD UNIX
• 操作系统结构
  • 操作系统服务
    • 用户界面(UI)
      • 命令行界面
      • 批处理界面
      • 图形用户界面(GUI)
    • 系统调用
      • 程序执行
        • os将程序加载到内存 运行 结束执行它
      • I/O操作
        • 用户不能够直接执行I/O操作
      • 文件系统
      • 通信
        • 进程间通信(IPC)
      • 错误检测
      • 资源分配
      • 会计
        • 跟踪哪些用户使用间了哪些资源
      • 保护和安全
  • os组件
    • 资源管理(上面有概括)
    • 网络
      • 处理器通过通信网络连接
      • 访问共享资源允许
    • 命令行解释器
      • 比如:shell
    • GUI
    • 保护和安全
    • 错误检测与响应
    • 会计
  • 系统调用和API
  • 系统程序
    • 文件和目录管理/修改
    • 状态信息
    • 编程语言支持
      • 编译程序
      • 汇编程序
      • 调试器
      • 解释程序
    • 程序加载和执行
    • 通信
      • 为进程/使用者/计算机系统 创建虚拟连接机制
    • 应用程序
  • os设计与实现
    • 机制和策论的分离
      • 策论:将采取什么措施
      • 机制:如何做
    • 系统实现-使用高级语言
    • 开源操作系统:反对拷贝保护和数字版权管理运动
  • os的结构/组织/布局
    • 单片
      • MS-DOS-最少的空间内提供最多的功能
      • UNIX
        • 系统程序
        • 内核
      • 谷歌的Android
    • 分层
      • 硬件-cpu-内存-Device Drivers-I/O-应用
    • 微核
      • 可扩展/可靠性
      • 可移植
      • 分布式系统支持
      • 面向对象
    • 虚拟机(VM)
      • 多个受保护的执行环境共享同一硬件
      • 对开发和测试有用
      • 很难实现