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目录
几种操作系统
批处理
单道批处理
多道批处理
分时操作系统
CPU的工作模式
CPU模式位（PSW）
特权指令
OS内核
系统调用
示例：read()函数简化例子，x86汇编代码
用户态-->内核态
内核态-->用户态
OS引导
名词
主引导记录MBR
分区引导记录PBR
流程
虚拟机
1型虚拟机管理程序（具有裸金属架构的虚拟化技术）
2型虚拟机管理程序（具有寄居架构的虚拟化技术）
几种操作系统
批处理
单道批处理
- 内存中只有一道程序
- 一批程序自动执行
- 程序之间串行执行
- 无须人工干预
多道批处理
- 内存中有多道程序，多个程序交替运行
- 轮流占用CPU
- 无法人机交互
分时操作系统
将CPU时间划分为时间片分配给不同程序
实现了人机交互，用户可在很短时间内获得响应
CPU的工作模式
CPU模式位（PSW）
- 核心态
- 用户态
特权指令
CPU在内核态才能运行的指令
OS内核
基本功能：
- 时钟管理
- 中断机制
- 原语
资源管理：
- 进程管理
- 存储管理
- 文件管理
系统调用
形如一组打包好的库函数，这些函数的功能需要由OS内核实现
系统调用提供了用户程序和OS内核之间的接口
应用程序通过系统调用来获得OS的服务
示例：read()函数简化例子，x86汇编代码
;函数参数 mov rdi,fd ;文件描述符 mov rsi,buf ;缓冲区指针 mov rdx,nbytes ;要读取的字节数;系统调用号 mov rax,0 ;sys_read的系统调用号是0;触发系统调用 syscall;返回值 mov [buffer],rax ;将返回值（读取的字节数）存储或处理准备参数：read()函数的参数被放置在适当的寄存器中。对于Linux x86_64，文件描述符fd放在rdi，指向数据缓冲区的指针buf放在rsi，字节数nbytes放在rdx
设置系统调用号：系统调用read的编号（在Linux中通常是0）放在rax寄存器
执行系统调用：syscall指令触发系统调用，内核接管，执行实际的读操作
处理返回值：系统调用执行完毕后，返回值（通常是实际读取的字节数，或者错误代码）存放在rax寄存器
用户代码中的read()只是一个库函数，并非真正的系统调用指令不会显式地出现在用户代码中
用户会以为自己的read()引发了系统调用，而库函数read()偷偷地执行一个软中断或陷阱指令来发起真正的系统调用
执行软中断/陷阱指令，可以引发自陷异常，导致CPU从用户态陷入到内核态
内核执行完服务程序后，通过sysret指令修改cpu中的模式位，使其 回到用户态
用户态-->内核态
- 用户程序发起系统调用（系统调用本质就是中断）
- 发生中断，必须陷入内核态由OS内核处理中断
- 发生异常，必须陷入内核态由OS处理中断
- 用户程序视图执行特权指令
内核态-->用户态
- 设置程序状态字寄存器PSW中的CPU模式位，将其置1
OS引导
名词
主引导记录MBR
- 位于磁盘的0号扇区
- 磁盘引导程序
- 分区表信息
分区引导记录PBR
- 位于系统分区的0号扇区
- 分区引导程序
- 操作系统引导程序
流程
- 计算机启动，电源自检
- 计算机主板ROM区的BIOS程序被激活，负责初始化硬件，进一步自检
- BIOS读取硬盘0号扇区的主引导记录MBR，启动磁盘引导程序
- 利用磁盘引导程序找到系统分区，在系统分区的0号扇区（PBR）启动分区引导程序，再由分区引导程序启动操作系统引导程序，得知OS内核位置并将其加载入主存
虚拟机
1型虚拟机管理程序（具有裸金属架构的虚拟化技术）
1型VMM是唯一一个运行在内核态的OS
客户机OS（虚拟机上的OS）以为自己运行在内核态，这种内核态叫虚拟化内核态，介于真正内核态和用户态之间
虚拟机上的用户程序运行在用户态，这种用户态被称为虚拟化用户态，它基本上就是用户态
2型虚拟机管理程序（具有寄居架构的虚拟化技术）
常用的VMware Workstation、Parallel desktop就是2型VMM
运行在两类虚拟机管理程序上的操作系统叫做用户操作系统
运行在底层硬件上的操作系统叫做宿主操作系统