前言

学校OS课程的知识和408有一定的重叠，但是还不太够，因此我又一次打开了王道的OS课程。

这个笔记同理，只记最关键的内容和思考，直接针对408，基础性的概念性的知识以视频为主。

计算机系统概述

OS的基本概念

OS提供的服务：

1. 用户级别：
   • GUI，就是windows
   • 命令接口
     • 联机：有交互性，即cmd命令行
     • 脱机：批处理，即.bat文件
2. 程序员级别：
   • 系统调用：OS的api
   • 系统调用可以通过c语言的操作系统库函数调用，但是c语言本质上比系统调用还高一级

异步的前提是并发，程序之间交叉前进，即走走停停，无法预知。

OS的发展历程

1. 手工阶段，缺点：
   • 独占
   • 人太慢，机器速度逐渐加快，人拖累机器
2. 单通道批处理
   • 优：提升预处理速度，不拖累机器
   • 缺：独占
3. 多通道批处理
   • 优：解决独占，实现并发，提升效率
   • 缺：无交互能力
4. 分时系统
   • 优：解决交互能力，用户“看起来”独占
   • 缺：没有优先级
5. 实时系统
   • 优：解决了优先级响应问题，及时可靠

OS的运行机制

OS内核相当于OS的管理员，因此特权指令只能是内核执行。

平时用户的特权调用，操作都是向管理员申请，而不是亲力亲为。

两个状态的切换：

1. 升级：特权指令触发中断（硬件），OS响应中断的时候进入核心态
2. 降级：OS主动修改PSW让出控制权（软件）
   • 修改PSW的指令，本身就是特权指令

中断和计组第5章衔接

涉及到进程之间的协调，就一定要OS接入，进而需要系统调用。

需要注意，陷入指令是用户态指令（请求），接下来才会因为内中断进入核心态（执行）

OS体系结构

我们OS学的功能，可以放在内核，也可以放在用户，这就形成了大内核和微内核的区别。

微内核暴露的接口多，易于维护和扩展，但是沟通成本大，要反复调用。

1. 分层结构
   • 类似于计网的层次结构，结构清晰，通病是效率偏低
2. 模块化
   • 主模块分离，模块之间分离，平等
     • 优点：可以同时开发，且效率不错
     • 缺点：模块间的图关系很难把握
   • 动态可加载模块。
     • 可加载说白了就是插件，有没有都不影响运行，因此可以动态加载，比如驱动
3. 宏内核和微内核
   • 微内核相当于一个服务器，中转不同模块之间的`消息传递
4. 外核
   • 外核可以提供一些高级的资源（未经抽象的资源）分配方式
   • 内核分配的资源都是抽象的，虚拟化的，比如虚拟地址，外核可以直接分配物理地址，在一些需要频繁跳跃的场景，外核直接分配一片连续空间效果会很好。当然，外核也负责保证安全。
   • 跳过虚拟步骤，就相当于跳过了映射层，可以提高效率，缺点是复杂。

OS引导

简单来说，就是开机扫ROM就可以把操作系统拉起来，但是具体还是要分几步走：

1. 扫ROM，启动BIOS，自检
2. 读磁盘的MBR，获取分区
3. 从活动分区（C盘）中读PBR，获取C盘根目录
4. 通过目录找到操作系统的程序，拉到内存中，完成OS启动

这四步环环相扣，前一个获取了信息，后一步才能根据此信息行动。

而第4步用的程序，位置一般在C:/Windows/Boot/下面。

虚拟机

1. 第一类VMM，相当于传统OS的加强版，直接运行在硬件上
   • 虚拟OS看起来像一个OS，也有内核，但是实际上还是用户态，因此一个特权指令实际上要经过一次虚拟的系统调用+一次真正的系统调用。
   • 迁移性差，因为直接和硬件耦合
2. 第二类VMM，是寄居在宿主OS之上的，分为两部分
   • 用户态的VMM和宿主的应用程序是共存的
   • 核心态的VMM是以驱动的形式存在的，持续运行在内核态