读《深入理解计算机系统》笔记之一

第一章

1. 程序的编译过程：gcc编译过程分为4个阶段，

   hello.c（源程序，文本）--->预处理 cpp--->hello.i（被修改的源程序，文本）--->编译器 ccl--->hello.s（汇编程序，文本）--->汇编器 as--->hello.o（可重定位目标程序，二进制）--->链接器 ld--->hello（可执行程序，二进制）

预处理：gcc -E

编译：gcc -S

汇编：gcc -c

连接：gcc 

2. 系统的硬件组成

（1）总线：贯穿整个系统的是一组电子管道，称做总线，它携带信息字节并负责在各个部件间传递。通常总线被设计成传送定长的字节块，也就是字。

（2）I/O设备：I/O（输入/输出）设备是系统与外界的联系通道。每个I/O设备都是通过一个控制器或适配器与I/O总线连结起来。

（3）主存：主存是一个临界存储设备，在处理器执行程序时，它被用来存放程序和程序处理的数据。逻辑上，存储器是由一个线性的字节数组组成的，每个字节都有自己唯一的地址。

（4）处理器：CPU，是解释（或执行）存储在主存中指令的引擎。处理器的核心是一个被称为程序计数器（PC）的字长大小的存储设备，在任意时间点，PC都指向主存中的某条机器语言指令。  CPU操作：加载 、 存储 、 更新 、 I/O读 、 I/O写 、 跳转

3. 执行hello程序

（1）shell程序等待我们输入命令。

（2）输入./hello后，shell程序就逐一读取字符到寄存器，再把它放到存储器中。

（3）当我们敲回车键时，shell知道命令输入已结束，然后shell执行一系列指令，这些指令将hello目标文件中的代码和数据从磁盘拷贝到主存，从而加载hello文件。

（4）一旦hello目标文件中的代码和数据被加载到了存储器，处理器就开始执行hello程序的主程序中的机器语言代码。这些指令将“hello world\n”串中的字节从存储器中拷贝到寄存器堆，再从寄存器中文件拷贝到显示设备，最终显示在屏幕上。

4. 操作系统提供的抽象表示

5.  上下文切换：一个进程的指令和另一个进程的指令是交错执行的，此机制为上下文切换。操作系统保存进程运行所需要的所有状态信息，这种状态就是上下文。

    shell进程执行hello程序：shell通过调用专门的函数（系统调用）来执行我们的请求，系统调用会将控制权传递给操作系统，操作系统保存shell的进程上下文，创建一个新的hello进程及其上下文，然后将控制权传递给新的hello进程。hello进程结束后，操作系统恢复shell进程的上下文，并将控制权传递给它。

6.  线程：一个进程实际上可以由多个称为线程的执行单元组成，每个线程都运行在进程的上下文中，并共享同样的代码和全局数据。

7. 虚拟存储器：一个抽象概念，它为每个进程提供一个假象，好像每个进程都在独占的使用主存。每个进程看到的存储器都是一致的，称之为虚拟地址空间。

程序代码和数据：代码是从同一固定地址开始，紧接着的是和C全局变量相对应的数据区。代码和数据区是由可执行目标文件直接初始化的。

堆：代码和数据去后紧随着的是运行时堆。堆可以在运行时动态的扩展和收缩（malloc和free）。

共享库：在地址空间的中间附近是一块用来存放像C标准库和数学库这样共享库的代码和数据的区域。

栈：位于用户虚拟地址空间顶部的是用户栈，编译器用它来实现函数调用。

内核虚拟存储器：内核是操作系统总是驻留在存储器中的部分。地址空间顶部的四分之一部分是为内核预留的。

虚拟存储器的运作需要硬件和操作系统软件间的精密复杂的互相合作，包括对处理器生成的每一个地址的硬件翻译。基本思想：把一个进程虚拟存储器的内容存放在磁盘上，然后用主存作为磁盘的高速缓存。