MM's Journal of Technology

本节课重点讨论了操作系统中的处理器调度机制，涵盖了上下文切换、调度策略及多处理器环境下的挑战。通过讲解和示例，帮助理解操作系统是如何有效管理进程和分配系统资源的。 1. 处理器调度与上下文切换 上下文切换: 上下文切换是在处理中断或系统调用时保存和恢复进程状态的关键机制。操作系统通过将寄存器状态封存到内存中，再切换到另一个进程，确保多个进程高效运行。 这项技术对于实现多任务运行至关重要，尽管其耗时较长，但设计良好的调度算法可以最小化其对系统性能的影响。 调度策略: 调度策略决定了系统如何选择下一个执行的进程。操作系统使用这些策略来管理CPU资源，例如优先级调度和公平分享策略，以便在用户体验和资源分配之间找到平衡。 2. 虚拟内存与分页机制 分页机制: 操作系统使用分页机制将虚拟地址映射到物理地址，支持按需加载和高效内存管理。通过页表，这种机制实现了虚拟内存的灵活使用，从而提高了系统的稳定性和安全性。 ERF文件与错误管理: 在加载新进程时，操作系统从文件系统读取Executable and Linkable Format（ELF）文件，并验证其magi ...

内存虚拟化的目的是为进程创造独享大量虚拟内存的错觉，通过地址映射（Address Mapping）将进程的虚拟地址空间转换为硬件的物理地址。 1.1 虚拟地址空间的抽象 地址空间（Address Space）是程序可视的系统内存，包含其运行所需的代码和数据。每个程序运行在各自的地址空间中，实现了强隔离。用户进程使用的是虚拟地址（Virtual Address, VA），通过硬件（例如内存管理单元，Memory Management Unit, MMU）和操作系统协同实现的地址转换机制，将虚拟地址转换为物理地址（Physical Address, PA）。 物理地址结构与平台相关，通常不仅包括RAM，还包括I/O设备的内存映射和启动ROM。内核虚拟地址空间由内核设计，包含内核代码、数据、内核栈及可分配给用户程序的内存等；而用户进程的虚拟地址空间由内核提供，涵盖了用户代码、数据、栈和堆等。 在C语言中，变量直接声明使用栈内存，而堆内存则需要使用内存分配函数手动管理，如： malloc()：申请指定大小的堆内存，成功时返回地址，失败时返回NULL。 free()：释放已申请的内存。 上述 ...

在本节课中，探讨了操作系统的进程实现，包括虚拟地址空间、UNIX和xv6等主题。通过一个简单的50行代码实验框架，创建了线程数据结构，并探讨了操作系统如何处理中断和进程调度。课程强调了进程与线程的区别，进程拥有独立的虚拟地址空间，而线程共享物理内存。此外，还详细介绍了虚拟地址到物理地址的转换机制，页表的作用，以及通过高效的数据结构实现地址映射。最后，讨论了UNIX的历史背景及其对现代操作系统的影响。 1. 操作系统中的线程管理 线程创建与管理: 复习了操作系统中的线程管理内容，特别是线程的创建和中断处理机制。操作系统有效地管理多个线程的运行，通过对寄存器的保存和进程调度。 每个线程都有自己的名字和入口地址，线程创建时会被分配相应的堆栈，从而便于管理和调度。 中断处理与进程调度: 中断处理是操作系统的关键任务之一，在中断时，操作系统保存当前寄存器状态，并进行进程调度，以保证系统的流畅运行。 进程与线程的主要区别在于线程共享内存，而进程则拥有独立的虚拟内存空间。 2. 虚拟内存与内存管理 内存隔离与安全管理: 操作系统使用虚拟内存管理实现进程之间的内存隔离，系统通 ...

本节课深入探讨了操作系统中的关键机制——系统调用、中断及上下文切换，展示了操作系统如何通过抽象和API简化应用程序的执行。课程详细分析了复杂的动态链接和加载过程，CISC指令如何实现系统调用，以及操作系统如何通过中断机制保证系统运行的稳定性。 1. 动态链接与API的角色 动态链接和加载的挑战及实现: 动态链接和加载涉及正确地调用与访问外部变量和函数，要求对操作系统的对象和API有深入理解。 操作系统的结构由对象和API构成，它们决定了应用程序如何通过静态和动态链接运行，以实现高效的资源管理。 动态链接库的重定位与性能挑战: 在动态链接中，重定位是确保库在不同内存地址运行的关键。位置无关代码（PIC）使动态库在多种环境中高效执行。 此外，编译器需要解决外部符号的引用，因而生成的跳转指令可能影响程序性能。 2. 人工智能与动态链接学习 AI对技术概念的直观解析: 人工智能能够帮助理解如动态链接二进制文件等复杂概念，通过拆解问题和逐步指导，提高学习效率。 AI辅助下，执行动态链接和加载的多个组件如loader和动态链接器的理解变得简化。 3. 系统调用与操作系 ...

现代操作系统广泛采用动态链接和加载机制，使多个程序可以共享同一份库函数，从而大大减少了内存和磁盘空间的占用。课程探讨了动态链接在资源节约和系统灵活性方面的重要性，同时指出了其引入的复杂性，特别是在数据访问和安全性方面的挑战。通过符号表与全局偏移表（GOT）的使用，动态链接在运行时解析函数地址，保证了程序的灵活与可扩展性。 动态链接的重要性 角色与实现: 动态链接在现代软件生态系统中至关重要，它分离了应用程序与库，提高了资源利用效率和软件维护性。 为了解决静态链接带来的瓶颈，动态链接成为解决复杂软件系统的关键技术。 资源节约与项目管理: 动态链接通过共用库函数减少内存占用量和加载时间，提高了系统性能。 在大型项目中，动态链接库的拆分有助于团队协作，使得项目的开发与维护更为灵活。 安全性与开源软件中的问题 安全隐患与漏洞: 在开源社区，恶意代码的植入可能导致严重的安全漏洞，伴随高昂的更新及维护成本。 虽然通过自动化工具检测漏洞很常见，但依然难以发现一些精心隐藏的有害代码。 动态链接的技术实现 动态与静态链接对比: 静态链接将库直接嵌入程序中，用于解决磁盘空 ...

本课程详细探讨了可执行文件作为操作系统中的关键对象，在静态链接和动态加载中的结构与功能。通过综合讲解，从最小的initramfs构建Linux操作系统入手，逐层剖析可执行文件的核心概念及其在进程管理中的作用。重点解析了可执行文件的头部信息、ELF格式以及链接和加载机制的实现，揭示了其作为状态机初始状态描述的重要性。 操作系统与可执行文件的关系 可执行文件的定义与作用: 可执行文件是操作系统中的重要对象，提供了程序的字节序列和初始状态描述，这对于掌握进程创建和管理至关重要。 理解操作系统中的可执行文件有助于深入掌握其工作原理，尤其在构建一个完整的计算机世界时。 系统调用与进程管理: 系统调用如EXECVE用于创建新的进程并重置其状态。深入了解这些调用的机制，可以帮助我们更好地理解操作系统中的进程生命周期和状态转换。 可执行文件的结构与格式 头部信息与格式识别: 可执行文件的头部信息包括格式标识，如ELF魔法数。分析这些标识信息使我们能够了解文件格式及其在操作系统中的处理方式。 ELF格式的可执行文件不仅承载了代码，还包含了运行时所需的动态信息和数据结构，直接影响 ...

本节课程深入探讨了Linux操作系统的发展历程及其核心结构，重点强调了操作系统对象与API（应用程序接口）的重要性。通过分析Linux的启动过程，课程展示了如何构建最小化的Linux系统，并介绍了initramfs（初始RAM文件系统）的概念。Linux的成功不仅得益于开源社区的积极参与和不断创新，也在于其灵活性和适应性。 操作系统的架构 对象与API的结合: 操作系统的构建依靠对象和API的整合，这使得开发者能够创造多样化的应用程序。深入理解操作系统内核及其库函数，能让开发者更有效地运用操作系统的功能。 进程管理: 操作系统中进程是重要的对象，每个应用程序均以进程形式运行。掌握进程概念及其地址空间操作是学习操作系统的基础。 libc库的作用: 该库为操作系统提供基本功能封装，如字符串处理和内存管理。熟练使用libc可以简化系统调用，有助于高效构建应用程序。 渐进演变与开放性: Linux的演变展示了其从教学工具到现代操作系统的变革历程。一开始，Linux是一个教学操作系统，帮助学习者理解操作系统原理，并持续推动计算机教育的进步。 通过结合源代码和经典教科书，学习者可以更 ...

jyy老师和OSTEP书本中多次推荐了这本书，先买了，有空就开看

jyy老师力荐，质量有保证。买回来发现是上下两册，翻了翻，更像是一本有趣的工具书，里面大部分知识点都实践过了，有空的时候仔细读一读，查漏补缺，暂时先拿来垫一垫新的显示器()

本节课程重点探讨了C语言标准库的设计和实现方式，尤其是库函数如何对系统调用进行封装。详细阐述了操作系统如何通过抽象，利用API和对象管理硬件资源。此外，课程涉及到管道机制中生产者与消费者的同步问题，以及在通信中处理"broken pipe"等异常的策略。对C语言的高效性和跨平台特性进行了深入分析，着重探讨了libc的标准化对编程的重大影响。最后，课程探讨了动态内存管理中的重要策略，分析了如何在实际系统中高效进行内存分配。 系统调用与API 系统调用基础: 系统调用是程序与操作系统之间的桥梁，提供了访问硬件资源的接口。尽管可以直接进行系统调用操作，但通过库函数封装能大幅简化编程流程，提升代码的可读性和开发效率。 库函数的优势: libc等标准库为开发者提供了一系列预定义的功能，使得他们能将精力集中于业务逻辑的开发，避免底层复杂实现的干扰。 管道与资源利用: 在UNIX系统中，管道是实施生产者-消费者模式的有效工具。通过管道，数据传输可以在不直接交互的程序间高效进行，实现API调用的资源优化利用。 操作系统抽象与C语言 操作系统层次: 操作系统通过将 ...