7、操作系统在网络实现中的作用与优化

操作系统在网络实现中的作用与优化

1. 操作系统概述

操作系统是位于硬件之上的软件，旨在为应用程序员提供便利。在大多数互联网路由器中，对时间要求严格的数据包转发直接在硬件上运行，而对时间要求不那么严格的代码则运行在精简后的路由器操作系统上。为了提高端到端性能，如网页浏览性能，开发者需要了解操作系统的成本和益处。

操作系统为应用程序员提供了抽象概念，以应对直接在裸机上编程的困难。这些困难主要包括处理中断、管理内存和控制I/O设备。为解决这些问题，操作系统提供了无中断计算、无限内存和简单I/O的抽象。

然而，良好的抽象虽然能提高程序员的生产力，但也存在成本。一方面，实现抽象的机制本身有代价，例如调度进程会给Web服务器带来开销；另一方面，抽象可能隐藏了硬件的能力，使程序员无法充分利用资源。

2. 无中断计算：进程抽象

2.1 进程抽象的实现机制

操作系统通过进程的概念为程序员提供了无中断、顺序计算的抽象。进程抽象通过上下文切换、调度和保护三种机制实现。

• 上下文切换 ：当一个进程被中断时，操作系统会保存该进程的状态，以便后续恢复执行。例如，进程P1可能被定时器中断，操作系统会保存P1的状态，调度器可能选择让进程P2执行，此时需要从内存中恢复P2的状态。
• 调度 ：调度器决定哪个进程可以在处理器上运行。它会根据一定的算法，如优先级算法，来分配处理器时间。
• 保护 ：确保一个进程的错误或恶意行为不会影响其他进程。