操作系统 哈工大mooc 第一章

L1、什么是 OS

OS 是计算机硬件和应用之间的一层软件。

为什么要有 OS？

为了方便、高效管理和使用硬件。

管理哪些硬件？

CPU管理、内存管理、终端管理、磁盘管理、文件管理、网络管理、电源管理、多核管理。

【CPU管理跟多核管理？？？】

 

学习目标：改 CPU 管理、改屏幕输出、改系统接口、改内存管理。

 

L2、揭开钢琴的盖子

本节主要将从打开电源开始，计算机背后发生了什么，计算机是如何工作的。

从白纸到图灵机

计算机如何工作？其实就是一个计算模型。

人先在纸上写好程序，控制器读取纸带上的内容，然后运算输出。

从图灵机到通用图灵机

上面提到的图灵机只能做一种操作（课程的PPT中的加法操作），而通用图灵机则可以 设置控制器动作 。

比喻：上面的图灵机就是一个只会做一道菜的厨师，通用图灵机就是一个会看菜谱，做多种菜的厨师。

“读进来的逻辑是什么，我就是什么图灵机”

从通用图灵机到计算机

冯·诺依曼存储程序思想——把程序放到内存，用一个指针 PC 指向它，不断取指执行...

 

总结上面，回答最初的问题：计算机如何工作的？——取指执行！

 

既然如此，我们就要知道 计算机执行的第一句指令是什么？即 PC = ？

既然指令是在内存中的，那么刚开始的内存中有什么呢？

 

所以我们要关心 指针 IP 及其指向的内容。

计算机刚打开电源的时候，IP 的指向由硬件设计者决定。

1.x86 PC 开机是 实模式。

2.根据 CS << 4 + IP，寻址到 ROM BIOS映射区（刚一上电，内存中唯一有代码的地方，固化的）

3.检查各种硬件

4.将磁盘0磁道0扇区读入，该扇区叫做 引导扇区。

 

所以我们写的代码肯定是要从引导扇区开始。

引导扇区代码是用汇编代码写的，因为如果是用 C语言等写，经过编译之后有的东西无法控制，汇编代码会编程真正的机器语言，我们可以完整地控制它。

 

读入引导扇区之后执行，13号中断继续读后面的代码 setup模块。

总结：引导扇区的工作就是：读 setup，读 system……

引导扇区最后要把控制权较给 setup，即修改 CS 和 IP。

 

L3、OS 启动

setup.s

完成 OS启动前的设置，准备接管硬件。然后将整个 OS 的代码移到 0 位置，之后 OS 一直存在这里。

OS 进入 保护模式。

初始化 gdt 表。保护模式下寻址方式发生改变（为什么要改变寻址方式呢？因为 CS << 4 + IP的寻址范围太小了。我们要扩大寻址范围，从 16位机变成32位机）

新的寻址方式：CS变成了“选择子”，查 gdt表，然后和IP相加得到最后的地址值。

 

总结：setup 做了什么？

读了硬件参数，进行初始化，把 system 挪到了 0 地址处，启动了保护模式。

 

 

回答：打开电源计算机发生了什么？

1、读入 OS　--> 取指执行

2、初始化 --> 对 OS 进行管理。

 

L4、OS接口

接口就是连接两个东西，隐藏了细节，使用接口的用户只能看到简单的使用方法，接口背后的实现原理由接口的构造者完成。

 

所以 OS 接口就是连接上层用户和 OS。

 

用户如何使用 OS ?

其实就是用户的所有操作都是一段 C程序，其中包含了重要的函数对计算机硬件的申请使用.这些重要函数就是 OS 提供的接口，也叫 系统调用。

不用全部记住这些系统调用，但是用到的时候要会查——POSIX。

回答：用户就是根据在 C语言中插入系统调用来使用OS。

 

L5、系统调用的实现

系统调用表面上就是一些函数，那么背后是什么呢？

 

有的内存不能随意进入。为什么呢？因为 OS 里面有重要的数据，不能随意修改。

 

如何实现“有的内存不能随意进入”呢？

答案：系统调用

 

区分内核态和用户态：一种处理器“硬件设计”

 

如何进去？

硬件提供了“主动进入内核的方法”——中断指令 int