MM's Journal of Technology

《操作系统导论》是我读过的关于计算机相关的书籍中写的最好的一本，没有之一，写的比CSAPP还要好(感谢jyy老师的安利)。整体读下来非常的流畅，深入浅出(感觉这个成语是对于这种技术书籍的最高赞语)。配合jyy老师的操作系统课程，简直相得益彰，第一次感觉到上课和看书(技术类的)是一种享受。写的一点都不学究，非常易懂，幽默诙谐，里面真的有很多让人会心一笑的段子。作者的功力一看就非常深厚，查了下作者好像是夫妻，羡慕了，学技术还要被撒狗粮。一开始担心认为可能翻译会有点不好，要不要直接上手英文版，看下来后翻译的也还行，除了个别地方"class"翻译成了类，实际上应该是课，还有个地方也有较大出入，但是已经忘记了，反正是瑕不掩瑜。 该书提出操作系统的三大话题是：virtualization, concurrency 和 persistency；细分下来，分别对应了操作系统中的数个组件（或技术）。 三大话题 对应技术 - 抽象 技术目标 虚拟化（virtualization） CPU虚拟化- 进程 对每个程序提供“该系统拥有无限数量的CPU”的假象 虚拟化（vir ...

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本学期的操作系统课程立足于计算机科学的核心，涵盖了从数字逻辑到编程语言的广泛内容，系统地阐明了操作系统在计算机体系中的重要性。课程通过实践操作和实例分析，使学生深入理解操作系统如何在不同层次之间建立联系，并通过编程语言实现复杂计算功能。 操作系统在计算机体系中的角色 连接性与重要性：操作系统在底层硬件与高级编程语言之间起桥梁作用。理解其工作原理有助于全面掌握计算机系统的架构。 教学方法与反馈：课程内容涵盖了繁杂的学科界面，教师结合学生反馈进行了适当的内容调整，以提升理解效果。 从逻辑门到编程语言的深层次学习 数字逻辑与基础课程：数字电路课程强调与非门作为现代计算机系统的基础组件，理解简单逻辑门对构建复杂电路的重要性。 编程与创意：编程不仅是代码书写，更是将抽象想法转成计算机指令的过程。允许学生探索底层硬件和逻辑电路的可能性。 编程语言与系统概念的整合 编程基础与调试技巧：重点在函数调用、递归及状态机。调试技能帮助学生快速定位和解决程序bug。 语言选择与教学策略：课程选择C语言教学，以简化底层电路与语言的连接。通过学习Simple C，学生可以更容易地翻译成汇编语言，理解编译 ...

操作系统将物理资源抽象为虚拟资源，例如将内存抽象为虚拟内存、CPU和内存抽象为进程；而对于磁盘，操作系统则以文件的形式加以抽象。 文件是磁盘的抽象。应用程序不会直接读写挂载在计算机上的磁盘本身，操作系统中也是不允许的。在Unix中，与存储系统交互的唯一方式就是通过文件：可以命名文件、读写文件等。在这背后，操作系统负责决定如何将文件映射到磁盘块，确保一个磁盘块只属于一个文件，并确保用户A无法操作用户B的文件。 用单一CPU抽象出无限个vCPU采用的是时分复用（time sharing），而用单一磁盘抽象出多个文件则是空分复用（space sharing）。 文件系统的目标是使用下层的持久存储设备作为资源，为上层提供文件抽象及相应的读写操作。 1.1 抽象：文件和目录 文件是一个线性的字节数组。文件系统中，文件的抽象与inode对应，inode由inode号（inumber）标识，inode包含（一级或多级）索引，这些索引直接或间接指向文件对应的数据块。 目录包含若干个文件或下级目录。文件系统中，目录的抽象也与inode对应，对应的inode同样有inumber，inode包含索引，指向目 ...

在今天的课程中，深入探讨了持久数据的可靠性，重点介绍了RAID技术和日志文件系统在数据保护中的作用。 持久数据的重要性 数据持久性：确保数据不会在意外情况下丢失是至关重要的，特别是在设备损坏或紧急情况下。备份策略能避免学业或工作的被动影响。 数据丢失风险及其影响 当今社会高度依赖信息系统，任何系统故障都可能造成严重后果。没有任何存储设备是绝对可靠的，必须认识到这些潜在的风险。 信息依赖的危险性：比如，丢失手机或银行账户信息会严重影响个人生活。 存储设备的故障：即使有纠错码（ECC）帮助缓解问题，设备在高负载或高温下仍可能损坏。无论是HDD还是SSD，都易受此困扰，因此需预防性备份。 RAID技术与数据存储的可靠性 RAID技术通过虚拟化多块磁盘来大幅提升系统可靠性和性能。这种反向虚拟化理念为1980年代的系统带来了重要变革。 RAID基本原理：通过多盘块冗余和独立性，确保即使一个磁盘失效，系统仍能正常工作。这种设计增加了数据存储的安全性和效率。 应用与优势：RAID技术为计算机系统的虚拟化奠定了基础，尤其体现在虚拟地址空间的设计中。 RAID 1与RAID 0的对比：RAID ...

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在本次课中，深入探讨了操作系统的文件和设备驱动程序，重点介绍“万物皆文件”的理念。强调了考试的主要内容将来自课程幻灯片和示例代码，要求学生重视理解基本原理，而非细节上的记忆。 文件描述符与系统调用 文件描述符：它们是进程访问和操作文件的关键工具。文件描述符作为一个简单的整数，实际上指向操作系统的各种对象，并支持灵活的文件处理操作。 系统调用：通过如open、read、write的系统调用，应用程序可以与文件和设备进行交互。这些调用是在UNIX和其他操作系统中实现硬件与软件桥接的重要手段。 设备驱动程序的设计与实现 操作复杂性：设备驱动程序的实现需考虑I/O控制、虚拟机管理等复杂性，展示了操作系统设计中的挑战。 设备与操作系统的互动：通过系统调用和驱动程序，操作系统能够有效管理文件和设备，实现对硬件资源的高效利用。 系统调用的实际应用 实际应用分析：通过分析工具和真实程序示例，如GLIBC和ExecTrace，展示系统调用是如何在程序中被实用和实现，提供有力的理解支撑。 效率提升：openat调用简化了复杂路径的文件操作，提升了实际编程中的效率。 操作系统内部运作 系统配置 ...

这次课程详细探讨了输入输出（I/O）设备在计算机系统中的作用，涵盖I/O设备及其虚拟化、总线、中断控制器、直接内存访问（DMA）以及加速器等重要组件。随着技术的进步，显卡（GPU）和其他加速器的出现进一步提升了计算机的处理能力。本次课程涉及的主题贯穿计算机与外部环境的互动，以及如何通过不同的硬件接口提升操作和处理效率。 输入输出设备的基础功能 计算机系统中的输入输出设备是与外部世界交互的关键途径。这些设备使计算机能够接收和执行外部指令来完成操作。 输入设备：诸如键盘和鼠标，作为用户与计算机的互动工具，承担了信息输入的角色。 输出设备：显示器和打印机等，用来向用户呈现信息或结果。 历史简述：早期的I/O设备通过直接的导线与CPU连接。现今复杂的接口（如树莓派的GPIO接口）使计算机可以更轻松地与外设进行互动。 CPU与设备的交互方式 在执行诸如Load和Store指令时，中央处理器（CPU）不直接关心数据的传输，而由底层硬件电路和接口来完成。 GPIO接口：在开发树莓派等硬件项目时十分实用，可通过简单的控制指令操作外部设备。 寄存器模型：I/O设备基本遵循寄存器模型，与CPU进行数 ...

本次探讨了持久数据存储的基本原理，着重分析文件系统在操作系统中的重要性。文件是计算机操作的基本单位，其持久化确保了数据在关机后仍然存在。此外，课程还回顾了图灵机的基础知识，讨论了如何实现数据的持久存储，并探讨了不同存储介质的发展历程，包括磁带、机械硬盘和固态硬盘（SSD）的优缺点。最终，强调了现代SSD在性能方面的显著提升及其在数据存储中的广泛应用。 文件系统的作用与持久化 持久化的关键性: 文件作为操作系统中的核心对象，使数据管理更为简便，通过简单的操作即可实现数据的创建、修改和移动。 数据以比特形式进行持久保存，需要理解存储器与图灵机的原理，这为理解文件系统的实现提供了基础。 图灵机的贡献: 图灵机作为一个计算模型，对理解计算机的数据持久化及其强大能力有基本指导意义。 它帮助我们构建有效的存储设备，同时揭示了计算的无穷可能性。 存储器的基本原理 电磁存储技术: 数据通过电磁感应被存储和读取，存储器常采用二维网格结构，利用电容来代表二进制数据。 动态随机存取存储器（DRAM）通过定期刷新机制，补偿电容漏电以确保数据的持续性。 持久存储的意义: 即便在 ...

概述了操作系统课程的关键理念，以状态机模型为核心，重点关注其在计算机科学中的作用。通过历史背景和现代计算的比较，全面探讨了如何将这种模型应用于操作系统的不同机制中。 1. 状态机与计算机科学的核心观点 一切皆为状态机: 课程的核心思想是“一切都是状态机”。这是一种理解计算机科学的基本方式，有助于解析操作系统中的复杂问题。 状态机提供了算法和程序设计的基础视角，帮助我们理解操作系统的运行和管理。 图灵机的启示: 作为计算机科学的奠基模型，图灵机揭示了计算的基本可能性。通过学习图灵机，学生可以更好地理解计算的本质。 将图灵机与现代计算机进行比较，使得学生更深入地体会计算模型的演变，从中获益。 2. 状态机模型的现代应用 数学化与物理世界的联系: 状态机作为数学对象，为我们提供了观察和理解世界的新视角。这种视角体现于约翰·康威的生命游戏，其中展示了简单规则下的复杂行为。 状态机通过扩展至多维模型，更真实地模拟了物理世界的行为，为我们更好理解自然提供了工具。 现代计算和智能探索: 通过基本逻辑门构建复杂系统，展示了计算机科学的广度。此方法使我们能理解智能行为及 ...