Computer

操作系统，计算机体系结构等的知识点整理，有空会继续整理计算机组成原理，汇编

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• cache
  • 结构
    • 分离cache
    • 混合cache
  • 性能指标
    • 失效率
    • 失效开销
    • 程序执行时间
    • 平均访存时间
  • 性能改进
    • 降低不命中率
    • 降低不命中开销
    • 减少命中时间
• 处理机流水
  • 瓶颈问题
    • 流水的各段执行时间不同
    • 加深
      • 细分瓶颈段 流水线加深了
    • 并行
      • 瓶颈段设置重复部件 需要数据收集和分配
  • 冲突问题
    • 相关
      • 数据相关RAW
      • 名相关
        • 反相关WAR
        • 输出相关WAW
        • 换名技术
      • 控制相关
        • 分支指令
    • 冲突
      • 结构冲突
        • 硬件资源不足
        • 停顿(气泡)
        • 更多硬件
      • 数据冲突RAW
        • 定向技术
        • 指令调度
      • 控制冲突
        • 冻结(排空)
        • 预测
        • 延迟槽
          • 从前调度
          • 从目标处调度
          • 从失败处调度
  • 5段流水
    • IF
    • ID
    • EX
    • MEM
    • WB
• OS
• 内存管理
  • 需求
    • 想通过内存管理实现什么
    • 重定位
    • 保护
  • 初级管理
    • 两种极端
      • 固定分区
      • 动态分区
        • 最佳适配
        • 首次适配
        • 下次适配
          • 保留上一次选择的块的位置，继续扫描可接受的块
    • 伙伴系统
      • 分裂
      • 合并
    • 块式
      • 实现了虚地址，但是进程所有块都要驻留内存
      • 简单分页
        • 页表项
        • 组合方式形成地址
      • 简单分段
        • 段表项
        • 相加方式形成地址
  • 问题
    • 碎片
      • 内碎片
      • 外碎片
    • 系统抖动
  • 虚存管理
    • 基础
      • 局部性原理
      • 缺页中断机制
    • 硬件支持
      • 虚存分页
        • 页表结构
          • 页表项
            • 驻留位
            • 修改位
            • 页框号
        • 问题
          • 页表太大
            • 多级页表
            • 倒排页表
          • 需两次访存
            • TLB
        • 页大小
      • 虚存分段
        • 段表结构
          • 段表项
            • 驻留位
            • 修改位
            • 起始地址
            • 段长度
        • 特点
          • 逻辑单元
            • 编写代码 保护 共享
          • 分离编译
      • 段页式
        • 先分段，再分页
    • OS策略
      • 读取策略
        • 请求分页
        • 预先分页
      • 放置策略
      • 置换策略
        • 页框锁定
        • 算法
          • 最优
          • LRU
          • FIFO
          • 时钟
            • 复活币
            • 考虑修改位
        • 页缓冲
      • 驻留集管理
        • 驻留集大小
          • 固定
          • 可变
        • 置换范围
          • 全局
          • 局部
      • 清除策略
        • 请求式
          • 直写法
        • 预约式
          • 写回法
      • 加载控制
        • 并发度
• 进程/线程
  • 资源-进程
    • 资源分配单位
    • 描述/控制
      • 进程位置
        • 进程页表
      • 进程属性
        • 用户数据
        • 用户程序
        • 栈
        • PCB
          • 进程标识信息
          • 处理器状态信息
          • 进程控制信息
      • 执行模式
        • 都是保护模式 CPL
        • 用户态
        • 内核态
    • 状态
      • 五状态
        • 新建态
        • 阻塞态
        • 就绪态
        • 运行态
        • 退出态
      • 七状态
        • 阻塞/挂起态
        • 就绪/挂起态
    • 生命周期
      • 创建
        • 创建过程
      • 调度
        • 切换
          • 涉及到 PCB变化 CPU变化及状态保存 调度器调度 内存 - TLB，cache变化 新进程的状态恢复
        • 调度方法
          • 批处理系统
            • FCFS
            • 短作业优先
          • 分时系统
            • 优先权
              • 抢占
              • 非抢占
            • 时间片轮转
            • 多级反馈队列
              • 每个队列有不同优先级 队列内按FCFS/时间片轮转
    • 通讯
      • 管道
        • 无名pipe
        • 有名FIFO
      • 信号量
      • 共享内存
      • socket
      • 消息队列
  • 执行-线程
    • 调度/执行的单位
    • • 用户级线程
        • 协程
          • 用户自行调度 nachos
      • 内核级线程
    • 多线程的加速
      • 并行处理
        • Amdahl定律
          • 计算机系统设计
      • 负载均衡
    • 同步
      • • 原子操作
          • 执行or不执行 没有中间状态
        • 饥饿
      • 方式
        • 互斥锁
          • 临界区
            • 互斥的区域 只能在外面排队进入
          • 互斥对象
        • 条件变量
        • 信号量
          • 计数器
          • • 强信号量
            • 弱信号量
          • • 有名信号量
              • 进程间
            • 匿名信号量
        • 读写锁
        • 管程
        • 屏障
    • 死锁
      • 死锁放在这里是为了强调线程是执行调度的单位
      • 条件
        • 资源
          • 只能互斥访问
          • 不可抢占
        • 线程
          • 持有且申请
          • 形成循环等待
      • 处理
        • 预防
          • 绕过雷区
          • LockFree
            • 借助cas实现的无锁队列
          • 轮询
        • 避免
          • 进入雷区，但是小心翼翼不踩雷
          • 银行家算法
            • 进程所需的资源不好估计
        • 检测
          • 踩到后再排雷
• 计算机体系结构
  • 计算机系统设计
    • 性能评测
      • 执行时间
        • 用户CPU时间
        • 系统CPU时间
      • 吞吐率
        • 并发
      • 基准测试程序
    • 定量原理
      • 以经常性事件为重点
        • 优化重点集中在经常性事件
      • Amdahl定律
        • 并行性-加速比
      • CPU性能公式
        • CPI
        • IC
        • CPU时间
        • MIPS
      • 局部性原理
        • 时间局部性
        • 空间局部性
    • 结构
      • 冯诺依曼
        • 指令驱动 运算器为中心 指令/数据 -> 存储器 指令=操作码+地址码
  • 流水线
    • 类型
      • 动态/静态
      • 线性/非线性
        • 反馈回路
      • 顺序/非顺序
        • 流出顺序
      • 向量/标量
    • 性能指标
      • 在笔记中，结合时空图分析
      • 对比计算机系统设计中的性能指标
      • TP:吞吐率
        • 单位时间流出的任务数
      • S:加速比
      • e:流水效率
    • 流水级别
      • 部件级
        • 浮点乘法
      • 处理机级
        • 取指 译码 执行 访存 写回
      • 系统级
        • 多机组成的系统
    • • 段
      • 深度
      • 时空图
  • 向量处理机
    • 性能提升
      • 重复部件
      • 链接技术
        • 链接成流水处理
      • 分段开采
      • 多处理机
    • 性能指标
      • 向量指令处理时间
      • 峰值性能
      • 半性能向量长度
    • 结构
      • 存储器-存储器
        • 存储器带宽限制处理
      • 寄存器-寄存器
    • 处理方式
      • 横向处理
        • 和变量处理类似
      • 纵向处理
        • 以向量为单位处理
      • 纵横处理
        • 将太长的列分组 - 放入向量寄存器
  • 存储系统
    • 基本问题
      • 映像规则
        • 全相联
        • 直接相联
        • 组相联
      • 查找算法
        • 并行查找
          • TLB
        • 顺序查找
          • 页表
      • 替换策略
      • 写策略
        • 写无效
        • 写更新
    • 参数
      • • 位价格
        • 访问时间
        • 命中率
      • 层次
        • 速度:cache-主存
        • 容量:主存-辅存
  • 指令级并行
    • 动态分支预测
      • BHT:历史分支表
        • 基于历史信息构造状态机
      • BTB:分支目标缓冲
        • 缓冲上次分支的目标地址 直接进行转移
      • 基于硬件的前瞻执行
    • 多指令流出
      • 超标量
        • 每个周期流出不定数量的指令
        • 静态技术
          • 比如MIPS允许一个整数指令和一个浮点指令共同执行
        • 动态调度
      • 超长指令字
        • 指令本身
      • 超流水处理机
        • 一个周期流出多条 比如把4段流水分成8段
    • 循环展开
      • 展开+调度
    • 指令调度
      • 静态调度
        • 编译器在编译期调度
      • 动态调度
        • 执行期间硬件调度 更加精细 运行成本
        • 记分牌算法
        • Tomasulo算法
  • 指令系统
    • 寻址方式
    • 指令结构
      • R-R
        • 寄存器-寄存器
      • R-M
      • M-M
        • 存储器-存储器
    • 指令设计
      • • RISC
        • CISC
      • 组成
        • 操作数
          • 类型
          • 大小
        • 操作码
      • 编码方式
        • 哈夫曼编码
        • 等长编码
• 中断
  • 分类
    • 硬件中断
      • IO中断
      • 时钟中断
    • 软件中断
      • 系统调用
    • 异常
      • 内存失效
      • 陷阱