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目录

第1章-操作系统概述

第2章-硬件结构

第3章-操作系统结构

第4章-内存管理

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第1章-操作系统概述

从硬件角度

对硬件进行管理，处理各种错误

对硬件进行抽象，形成不依赖硬件的资源

从应用角度

提供不同的接口，满足不同类型的访问控制，应用间交互等服务

进行资源分配与管理

 

操作系统提供不同层次的接口

1. 系统调用接口，例如printf【printf 从应用程序-》libc-》下陷处理-》系统调用处理】[从应用程序-》libc-》是在用户态] [从下陷处理-》系统调用处理 是在内核态]
2. POSIX接口【可移植操作系统接口】，例如glibc
3. 领域应用接口，例如AUTOSAR，这种算框架了

第2章-硬件结构

冯诺依曼-机，包含

1. 中央处理器
2. 存储器
3. 输入输出

指令集是ISA【指令集架构】的重要组成部分，AArch64属于RISC【精简指令集计算机】

特权级在AArch64中叫做异常级别，包括

1. EL0   应用层跑在这【用户态】
2. EL1   操作系统跑在这【内核态】
3. EL2   虚拟化在这里【虚拟机场景用】
4. EL3   TrustZone相关【负责切换安全世界和普通世界】

 

何时从EL0切换到EL1

1. 应用层程序用系统调用
2. CPU收到中断
3. 应用层触发了异常

其中1和2为同步的CPU特权级切换

3为异步的CPU特权级切换

 

从EL0切换到EL1

1. 触发异常的指令地址【PC】保存到ELR_EL1
2. 异常原因保存到ESR_EL1
3. CPU将栈指针从SP_EL0切换到SP_EL1，在异常向量表中选择对应的异常处理函数
4. CPU还要保存一些状态

 

寄存器是ISA的重要组成，包括

1. 通用寄存器
2. 栈指针寄存器
3. 链接指针

EL1下有两个页表基地址寄存器，这个和虚拟内存有关系

 

Cache

这个是为了加快CPU访问数据的速度，包括：

若干个缓冲行，每一个行包括

一个有效位

一个标记地址

 

为了通过物理地址找到对应的缓存，物理地址在逻辑上分为Tag，Set以及Offset三段

物理地址中Set段能够表示的最大数目叫做组

支持的最大Tag数叫做路

缓存结构和缓存寻址的图请看书

 

第3章-操作系统结构

设计操作系统的原则【机制与策略分离】

策略：做什么【输入处理，启动加载....】

机制：如何做【调度方法...】

管理复杂系统的方法

1. 模块化
2. 抽象
3. 分层
4. 层级

模块化：分而治之，将复杂系统分解成一系列的模块，保证模块之间的界限，高耦合低内聚，使之有独立性

抽象：接口与实现分离，无需关心各个模块之间的内部实现

分层：将模块按一定的层次划分，约束内部模块之间的交互方式

层级：将功能相近的模块划分在一个子系统

操作系统的内核架构

1. 简要结构
2. 宏内核
3. 微内核
4. 外核
5. 多内核

简要结构：应用程序和操作系统在同一个地址空间，没有虚拟内存管理，特权级隔离等功能，任何一个模块出问题，系统就崩溃了

宏内核：所有的操作系统模块运行在内核态

微内核：将单个的内核功能拆分，作为服务部署在用户态，仅有很小部分的内核运行在内核态，服务提供进程间通信的功能使之互相协作

外核：操作系统与应用程序挂钩，应用程序要啥就装对应的功能，内核只负责对操作系统在多个操作系统之间的多路复用

多内核：通过多内核管理异构多核设备

第4章-内存管理

应用程序是面向虚拟内存编写的，CPU会翻译地址到物理地址，操作系统来管理虚拟地址和物理地址的映射

设计时的三个目标

1. 高效性【不应占用过多的物理内存资源】
2. 安全性【使不同应用程序互相隔离】
3. 透明性【应用层编程时感觉不到内存的抽象】

CPU通过MMU进行地址翻译，为了加速翻译，现代CPU都有TLB【转址旁路缓存】

有两种机制

1. 分段机制
2. 分页机制

分段机制不多写了，目前用的多的是分页机制的