作業系統學習 1

1 作業系統介面

1.1 作業系統的工作

1.2 作業系統通過界面向使用者提供服務

設計乙個好的介面很難。一方面我們希望介面設計得簡單和精準，易於正確地實現；另一方面，又想為應用提供一些更加複雜的功能。

解決這種矛盾的方法：介面的設計依賴於少量的機制，而通過這些機制的組合提供強大、通用的功能。

1.3 核心的概念

乙個向其它執行中的程式提供服務的特殊程式。每乙個執行中的程式（被稱為程序）都包含指令、資料、棧的記憶體空間。

程序通過系統呼叫使用核心服務。系統呼叫會進入核心，執行服務然後返回。所以程序總是在使用者空間和核心空間之間交替執行。

核心使用了cpu的硬體保護機制，保證了使用者程序只能訪問其自己的記憶體空間。核心擁有實現保護機制所需的硬體許可權，而使用者程式沒有這些許可權。當乙個使用者程式進行一次系統呼叫時，硬體會提公升特權並且開始執行一些核心中預定義的功能。

核心提供的系統呼叫，其實就是使用者程式可見的作業系統介面，下列了unix傳統系統呼叫的一部分，它們是：

系統呼叫

描述fork()

建立程序

exit()

結束當前程序

wait()

等待子程序結束

kill(pid)

結束pid所指程序

getpid()

獲得當前程序pid

sleep(n)

睡眠n秒

exec(filename, *argv)

載入並執行乙個檔案

sbrk(n)

為程序記憶體空間增加n位元組

open(filename, flags)

開啟檔案，flags指定讀/寫模式

read(fd, buf, n)

從檔案中讀n個位元組到buf

write(fd, buf, n)

從buf中寫n個位元組到檔案

close(fd)

關閉開啟的fd

dup(fd)

複製fd

pipe(p)

建立管道，並把讀和寫的fd返回到p

chdir(dirname)

改變當前目錄

mkdir(dirname)

建立新的目錄

mknod(name, major, minor)

建立裝置檔案

fstat(fd)

返回檔案資訊

link(f1,f2)

給f1建立乙個新名字(f2)

unlink(filename)

刪除檔案

2 程序和記憶體

2.1 程序的組成

乙個程序由兩部分組成，一部分是使用者記憶體空間，另一部分是僅對核心可見的程序狀態。

xv6作業系統提供了分時特性：它在可用cpu之間不斷切換，決定哪乙個等待中的程序被執行。當乙個程序不在執行時，xv6儲存它的cpu暫存器，當他們再次被執行時恢復這些暫存器的值。核心將每個程序和乙個pid（process identifier)關聯起來。

2.2 子程序

乙個程序可以通過呼叫fork()來建立乙個新的程序，fork建立的新程序被稱為子程序，子程序的記憶體內容同建立它的程序（父程序）一樣。fork函式在父程序、子程序中都返回，在父程序中，它返回子程序的pid，在子程序中，它返回0。

2.3 系統呼叫exit

exit會導致呼叫它的程序停止執行，並且釋放如記憶體和開啟檔案在內的資源。

2.4 系統呼叫wait

wait會返回乙個當前程序已退出的子程序，若子程序沒退出，wait會等待直到有乙個子程序退出。

2.5 系統呼叫exec

exec將從某個檔案（通常是可執行檔案）裡讀取記憶體映象，並將其替換到呼叫它的程序的記憶體空間。這份檔案必須符合特定的格式，規定檔案的哪一部分是指令，哪一部分是資料，**是指令的開始等等。

3 i/o和檔案描述符

3.1 檔案描述符

檔案描述符是乙個整數，它代表了乙個程序可以讀寫的被核心管理的物件。程序可以通過多種方式獲得乙個檔案描述符，如開啟檔案、目錄、裝置，或建立乙個管道，或者複製已經存在的檔案描述符。簡單起見，我們常常把檔案描述符指向的物件成為「檔案」。檔案描述符的介面是對檔案、管道、裝置等的抽象，這種抽象使得它們看上去就是位元組流。

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