前言：
《深入理解操作系统》个人用学习笔记。
Ⅰ. 计算机系统
0x00 计算机系统无处不在
0x01 拆解 PS5
硬件： CPU、GPU、内存、磁盘等。
0x02 系统软件
用于计算机硬件运作或管理运行应用软件的一种软件。
- 操作系统
- 设备驱动程序
- 编译器、链接器和调试器
由硬件和系统软件组成，用于运行应用程序。
计算机系统影响程序员程序的正确性和性能。
你将学习： 如何避免由数字表示系统引起的奇怪的数字错误 - 如何优化你的C语言代码 - 过程调用如何实现并避免安全漏洞 - 如何编写你自己的Unix shell，自己的网络服务器等。
Ⅱ. 操作系统之旅
0x00 通过 HelloWorld 程序来探索
💬 hello.c
#include <stdio.h> int main() { printf("hello, world\n"); }
💬 转换为 ASCII 码表示：
所有信息都以一堆 bits 来表示：
- 磁盘文件、程序、用户数据、网络上传输的数据
- 不同的背景 - 相同的字节序列
- 整数、浮点、字符串或机器指令
0x01 ASCII（美国信息交换标准代码）
0x02 编译系统
将高级C语言程序翻译成处理器读取和操作的二进制代码。
0x03 汇编概览
0x04 可执行目标程序
一个准备装入内存并由计算机系统执行的程序：
0x05 系统的硬件组成
BUS（总线）
一组电线，携带信息字节并负责在各个部件值间传递。
a collection of electrical wires that carry bytes of information back and forth between the components.
IO devices（IO 设备）
IO 设备是系统与外界联系的通道。比如，显示器，鼠标，磁盘和网络适配器。
the system’s connection to the external world. ex: display, mouse, disk, and network adapter.
Main memory（主存）
主存是一个临时存储设备，在处理器执行程序时，他被用来存放程序和程序处理的数据。
a temporary storage device that holds both a program and the data it manipulates while the processor is executing the program
Processor or central processing unit （处理器）
中央处理单元（CPU）简称处理器，是解释或执行存储在主存中指令的引擎。
寄存器文件（register file）：小型存储器
算数逻辑元（ALU）：计算单元
程序计数器（PC）：线路指示器
an engine that interprets or executes program instructions stored in main memory.
• Register file: small storage
• Arithmetic/logic unit: computing unit
• Program counter: line indicator
CPU：中央处理单元
ALU：算数/逻辑单员
PC：程序计数器
USB： 通用串行总线
Ⅲ. 跑一下 "hello" 程序
1. 在shell程序中获得一个执行 "hello "程序的命令。
2. 操作系统将存储在磁盘中的 "hello "可执行程序加载到内存中并开始运行该程序。
3. 一个处理器执行加载的 "hello "程序的指令。
4. 终止后，切换回shell程序
0x00 Shell Program
基于文本的用户界面
- 基于命令行的解释器
- 直接运行命令
- 探索文件系统
- 删除和创建文件
- 浏览路径
- 运行程序
- 打印文本
0x01 从键盘上读取 hello 指令
我们在键盘上输入字符串 ./hello 后，shell 程序就逐一读取字符到寄存器，再把它存放到寄存器中。当我们在键盘上敲回车键时，shell就知道我们已经输完了，然后 shell 会执行一系列指令，这些指令将 hello 目标文件中大哥代码和数据从磁盘拷贝到主存，从而加载 hello 文件。数据包括最终会被输出的字符串 "hello, world\n" 。
0x02 从磁盘加载可执行文件到主存（Loading executable from disk into memory）
这里利用了 DMA技术 （直接存储器存器），使得数据可以不通过处理器，直接从磁盘到达主存。
0x03 将可执行文件从磁盘加载到内存中（Loading executable from disk into memory）
0x04 将 "hello, world" 从内存中写到显示器上（Writing “hello, world” from memory to display）
hello 目标文件中的代码和数据被加载到了处理器后，处理器就开始执行 hello 程序的主程序中的机器语言指令，这些指令将 "hello,world\n" 串中的字节从存储器中拷贝到寄存器文件，再从寄存器中 文件拷贝到 显示设备，最终显示在屏幕上。
0x04 缓存问题（Caches matters）
处理器内存差距不断增大
几百字节的寄存器文件/数百万字节的主内存（但比主内存快100倍）。
为了解决处理器与主存之间的差异，系统设计者采用了更小更快的存储设备 —— 高速缓存存储器（cache memories）。
程序员可以利用缓存来提高其程序的性能。
0x05 存储器层次结构（Memory hierarchy）
就像程序员可以运用 L1 和 L2 的知识来提高程序性能一样，程序员同样可以利用对整个存储器层次模型的理解来提高程序性能。
0x06 操作系统管理硬件（The operating system manages the hardware）
❓ 谁来访问键盘、显示器、磁盘？
操作系统：保护和硬件接口
操作系统为应用软件提供抽象的/假想的硬件环境，以消除硬件细节，并将硬件依赖性与应用软件解耦。应用软件使用这些假想的系统特性（虚拟内存、I/O设备），而操作系统则将这些特性解释为真实的硬件特性。
进程（后来的线程）：
操作系统对正在运行的程序的抽象
多个进程可以在同一个系统上同时运行
每个进程似乎都有对硬件的独家使用权
虚拟存储器（Virtual memory）：Linux 中的进程虚拟地址空间
文件（Files）：字节序列，每个I/O设备都被建模为文件键盘、网络等。 读/写。
0x07 利用网络系统和其他系统通信（Systems communicate with other systems using net works）
网络也是一种 I/O 设备。
参考资料：
Computer Systems: A Programmer's Perspective (3rd Edition)
