深入理解計算機系統計算機系統漫遊

（1）程式編譯階段

以hello world 程式為例，介紹計算機系統的基本組成結構和程式的編譯過程。

#include int main()

該程式的執行經歷這樣乙個過程：

源程式首先經預處理器處理：將#include中的內容插入到源程式中，得到另乙個程式hello.i

編譯階段：hello.i程式經過編譯，變成乙個匯程式設計序hello.s

彙編階段：hello.s文字程式經過彙編器彙編，變成二進位制檔案，這裡的位元組碼編碼是機器碼，其檔案為hello.o

（2）系統的硬體組成

計算機的硬體組成可以分為如下幾個部分：

匯流排：貫穿整個系統的一組電子管到，它攜帶資訊位元組並負責在各個部件之間傳遞。匯流排傳送的位元組單位是字，是系統的基本引數，不同機器之間有差異。

i/o裝置：i/o裝置是系統與外界的聯絡通道，每個外設都是通過控制器或介面卡與i/o匯流排連線。控制器和介面卡的區別在於控制器是i/o裝置的組成部分，而介面卡是插在主機板上的。

處理器：處理器是解釋儲存在主存中指令的引擎。處理器的核心是程式計數器。

(3)hello world程式執行過程

在unix系統的shell上執行下列指令：

unix〉./hello

在鍵盤上輸入回車鍵後，shell將執行一系列指令，將hello目標檔案中的**和資料從磁碟拷貝至記憶體，完成載入過程。處理器開始hello程式的主程式中的機器語言指令。這些指令將資料從儲存器中拷貝到暫存器檔案，再從暫存器中拷貝到顯示器上，最終顯示在螢幕上。

（4）作業系統管理硬體

shell載入和執行hello程式時，程式並沒有直接訪問外設，它依靠作業系統提供服務。

作業系統提供兩個基本功能：防止硬體被失控的應用程式濫用；在控制複雜而通常廣泛不同的低階硬體裝置方面，為應用程式提供簡單一致的方法。作業系統通過幾個抽象概念：程序、虛擬儲存器和檔案來實現上述功能。

檔案是對i/o裝置的抽象，虛擬儲存器是對主存和磁碟i/o裝置的抽象，程序是對cpu、主存和i/o裝置的抽象表示。

作業系統通過程序為客戶提供一種該程式獨佔處理器、主存、i/o裝置的假象。

1. 程序是作業系統對程式的一種抽象。在乙個系統上可以同時執行多個程序，而每個程序都好像獨佔使用硬體，這就是併發執行，也就是說乙個程序的指令和另乙個程序的指令是交錯執行。作業系統實現這種交錯執行的機制成為上下文切換。

作業系統儲存程序執行所需的所有狀態資訊，即上下文，包括許多資訊，，包括pc和暫存器檔案到當前值。

2. 執行緒是乙個程序的多個執行單元，每個執行緒都執行在程序的上下文中，共享同樣的**和全域性資料。

程式**和資料：可執行目標檔案

堆：動態分配

共享庫：存放c標準庫和數學庫的**和資料的區域

棧：實現函式呼叫

內河虛擬儲存器：核心是作業系統總是駐留在儲存器的部分。

4. 檔案

檔案是位元組序列，所有的i/o裝置都可以看成檔案。系統中所有的輸入輸出都是適用unix i/o的一小組系統函式呼叫讀寫檔案實現。

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