El misterio de los sistemas operativos
Recuerdo un poema que solía leer cuando era joven y es así:
Llevo contando desde que era joven.
Cuente para ser sensato y maduro,
Aún no hay recuento.
¿Por qué las estrellas en el cielo son incontables?
Como recuerdos y fantasías
Siempre cargados de obstinado misterio ...
Para muchos estudiantes universitarios de informática y especializaciones afines, el sistema operativo es como una estrella en el cielo, que esconde un obstinado misterio que nunca te aclarará. Sin embargo, ¿el sistema operativo realmente no está claro?
No. No está claro porque no vi el misterio detrás de eso. Este misterio no es conocido por todos. Incluso las personas que estudian sistemas operativos no necesariamente se dan cuenta, y mucho menos los principiantes en informática.
Entonces, ¿cuál es este misterio?
Las estrellas en el cielo no se pueden contar porque lo que estamos tratando de hacer es contar las estrellas. Si cambiamos el ángulo, en lugar de contar las estrellas, pero el diseñador busca las estrellas, dejemos que nos diga el número de estrellas, ¿no estaría claro?
Este es exactamente el misterio de aprender sistemas operativos. Para entender el sistema operativo, debemos encontrar al diseñador del sistema operativo y dejar que nos cuente todos los secretos del sistema operativo. Por supuesto, la búsqueda de diseñadores aquí no es realmente buscarlos, porque es imposible encontrar a todos los diseñadores. El diseñador aquí se refiere a una abstracción, una filosofía de vida compartida por todos los diseñadores, porque al diseñar un sistema operativo, los diseñadores construirán inconscientemente sus propios pensamientos o actividades de la vida en el sistema operativo, dando así operaciones El sistema se basa en la mente y el sistema operativo se ejecuta bajo el mando de esta mente.
Introducción al esquema de notas del sistema operativo
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Las notas se dividen en 8 capítulos, a saber, principios básicos, principios de procesos, principios de subprocesos, principios de memoria, principios de archivos, principios de E / S, principios de múltiples núcleos y diseño de sistemas operativos.
Revelemos ahora los secretos juntos y contemos las estrellas en el sistema operativo.
El primer capítulo, principios básicos
La falsedad es verdad, el camino es invisible
La idea central más importante de este artículo es el papel del sistema operativo en el proceso de operación de la computadora: mago y administrador. El mago convierte la fealdad en belleza, convierte nada en existencia y convierte menos en más, mientras que los gerentes administran todos los recursos informáticos para lograr un estado de "doble material" de equidad y eficiencia. La comprensión de estos dos roles del sistema operativo será muy útil para el dominio de procesos, subprocesos, memoria virtual, sistemas de archivos y sistemas de entrada y salida.
- Capítulo 1 Introducción a los sistemas operativos
- Capítulo 2 Historial del sistema operativo
- Capítulo 3 Conceptos básicos del sistema operativo
Como funciona el programa
Rol de administrador
Preguntas de entrevista
- ¿Qué es un sistema operativo? Describa su comprensión del sistema operativo en una oración.
- ¿Cuál es su opinión sobre la relación entre los sistemas operativos y los programas de usuario? Explique sus pensamientos.
- Enumere brevemente las áreas cubiertas por el sistema operativo y el contenido central de cada área.
- El sistema operativo necesita administrar diferentes componentes. Analice las similitudes y diferencias entre estas administraciones.
- ¿Cuál es el propósito de la gestión de equipos?
- Algunas personas dicen que el software de administración de dispositivos (controlador de dispositivo) a menudo lo proporciona un tercero y no debería ser parte del sistema operativo. ¿Cuál es su opinión al respecto? ¿Cómo cree que debería juzgarse? ¿Es un software un sistema operativo?
- Enumere la intervención del sistema operativo durante la ejecución del programa.
- ¿Cuál es la base para decir que el sistema operativo es un tema creado por el hombre?
- ¿Cuáles son las características de los sujetos creados por el hombre? ¿Cómo nos ayuda a aprender los sistemas operativos?
- El SO necesita un compilador para compilar, y el funcionamiento del compilador necesita el soporte del SO Entonces, ¿quién aparece primero y quién aparece después?
La evolución de los sistemas operativos
La tendencia de desarrollo futuro de los sistemas operativos.
Conocimientos básicos de hardware informático.
Estructura del sistema operativo
Capítulo dos, Principio del proceso
En un aturdimiento, hay algo en él; en un aturdimiento, hay algo en él
Este capítulo incluye el contenido de los capítulos 4 ~ 6. El Capítulo 4 describe la inevitabilidad lógica del surgimiento de procesos, la eficiencia de la multiprogramación, la creación y extinción de procesos, el estado y conversión de procesos, procesos y espacios de direcciones, gestión de procesos y defectos del modelo de proceso. El contenido del Capítulo 5 incluye objetivos de programación, orden de llegada, rotación de intervalos de tiempo, prioridad de tareas cortas, programación de prioridades, programación híbrida, programación en tiempo real y otros algoritmos, y discute la inversión de prioridad y la incertidumbre de subprocesos. El Capítulo 6 cubre por qué se necesitan comunicaciones, canalizaciones, canalizaciones con nombre, sockets, señales, semáforos, memoria compartida, colas de mensajes, etc.
- Capítulo 4 Proceso
- Capítulo 5 Programación de procesos
- Capítulo 6 Comunicación de procesos
Introducción al proceso
Beneficios de la multiprogramación
Gestión de proceso
Abrazo del proceso: memoria compartida
El tercer principio del hilo
Este artículo analiza el mecanismo de concurrencia a nivel de proceso: el modelo de proceso. Este capítulo incluye el contenido de los capítulos 7 a 10. El contenido del Capítulo 7 incluye el proceso de tecnología de clonación de procesos, la gestión de procesos, el modo de usuario del proceso, el modo kernel y la realización del modo mixto, el modelo de realización de procesos del sistema operativo moderno, la relación entre múltiples procesos y las principales consideraciones del modelo de proceso. El Capítulo 8 cubre por qué la sincronización, el propósito de la sincronización, la evolución de las primitivas de bloqueo, las primitivas de suspensión y activación, los semáforos, la supervisión, el paso de mensajes y las vallas. El Capítulo 9 explica la ocurrencia, el desarrollo, la prevención y la evitación del punto muerto, y analiza la relación entre el punto muerto, el bloqueo activo y la inanición. El Capítulo 10 describe cómo usar la habilitación y deshabilitación de interrupciones, la prueba y la configuración para implementar primitivas de bloqueo.
- Capítulo 7 Hilos
- Capítulo 8 Sincronización de subprocesos
- Capítulo 9 Principios filosóficos de la respuesta al punto muerto
- Capítulo 10 Implementación de bloqueo
Proceso de clonación técnica-hilo
Implementación de subprocesos en modo kernel
Implementación de subprocesos en modo de usuario
Ingrese al modo kernel desde el modo de usuario
Sin control del cabello: evitación dinámica de la muerte
Capítulo Cuatro, Principio de la Memoria
Este capítulo incluye el contenido de los capítulos 11-14.
El Capítulo 11 describe el entorno de administración de memoria, la memoria virtual, la ubicación del sistema operativo en la memoria, la ubicación del programa en la memoria (dirección de carga fija, partición fija, partición variable) y los mecanismos básicos de administración de memoria (traducción de dirección, límite de dirección base) , Exchange), gestión del espacio libre, etc.
El Capítulo 12 explica el problema del límite de direcciones base, administración de paginación, tabla de páginas, proceso de traducción de páginas, ventajas y desventajas del sistema de administración de paginación, tabla de páginas multinivel, velocidad de traducción de direcciones, páginas bloqueadas, fluctuación de memoria y diseño de tamaño de página.
El Capítulo 13 brinda una explicación detallada de los entresijos del algoritmo de reemplazo de página, el propósito que se debe lograr y varios algoritmos específicos de reemplazo de página.
El Capítulo 14 incluye las limitaciones del sistema de administración de páginas, el sistema de administración de segmentos, las ventajas y desventajas del segmento, el número de segmento y el número de bits de direccionamiento, y analiza el papel de la negación en el desarrollo del modelo de administración de memoria.
El concepto de memoria virtual
Algoritmo primero en entrar, primero en salir
Usar matriz para implementar el algoritmo LRU
Sistema de gestión de segmentos
Capítulo 5, Principios de los documentos
Si hay una falta de gran éxito, no se utilizará; si una gran ganancia es alta, se utilizará sin cesar.
El contenido de este artículo incluye el contenido del Capítulo 15 ~ 18.
El capítulo 15 trata sobre el contenido, incluida la estructura del disco, la velocidad de acceso al disco, la interfaz del sistema operativo del disco, el proceso de acceso al disco y la programación del disco.
El capítulo 16 describe por qué se necesita un sistema de archivos, qué es un sistema de archivos, el propósito del sistema de archivos, conocimiento básico de los archivos, estructura de almacenamiento de archivos, tipos de archivos, acceso a archivos, atributos de archivos, operaciones de archivos, carpetas, rutas relativas y absolutas, uso compartido Enlaces, archivos mapeados en memoria, etc.
El capítulo 17 incluye la distribución del sistema de archivos, la realización de archivos, la realización de carpetas, la realización de archivos compartidos, la gestión del espacio en disco, etc.
El contenido del Capítulo 18 incluye el desempeño de seguridad de archivos (control de acceso a archivos, lista de control de acceso, tabla de capacidades), desempeño de confiabilidad de archivos (persistencia, consistencia, registro, transacción, sombra, verificación de consistencia) y desempeño de eficiencia del sistema de archivos ( Lea con anticipación, reduzca la distancia de movimiento del brazo magnético, sistema de archivos de estructura de registro (LFS).
- Capítulo 15 Operación del disco táctil
- Capítulo 16 Sistema de archivos.
- Capítulo 17 Implementación del sistema de archivos
- Capítulo 18 Rendimiento del sistema de archivos
La estructura del disco
Sistema de archivos
Organización del contenido del archivo
Realización de archivos
Ejecución del control de acceso
Persistencia del sistema de archivos
Capítulo 6, Principios de E / S
El bueno, maestro de lo malo; lo malo, el recurso de lo bueno
Por tanto, si una computadora es realmente útil, debe tener entrada y salida. Dado que el sistema operativo es el controlador de la computadora, por supuesto, también necesita controlar la entrada y la salida. Este artículo explica los mecanismos de entrada y salida de la computadora para comunicarse con el mundo exterior. Solo hay un capítulo en este artículo (Capítulo 19). La discusión incluye la importancia y el propósito de entrada y salida, hardware de entrada y salida, modos de E / S físicas (E / S de canal propietario, E / S mapeadas en memoria, E / S compuestas , DMA), software de entrada y salida, modo de E / S de software (E / S programables, E / S controladas por interrupciones, DMA), capas de software de E / S, controladores de dispositivos, etc.
Controlador de dispositivo
Modo de E / S física
Modo de E / S lógicas
Capítulo siete, principio multinúcleo
Las buenas palabras no creen, las palabras de fe no son hermosas
Este artículo explica la tecnología emergente de múltiples núcleos. Céntrese en el impacto del entorno multinúcleo en el sistema operativo. El artículo completo incluye dos capítulos, Capítulo 20 y Capítulo 21. El Capítulo 20 incluye la estructura del procesador de múltiples núcleos (estructura de hiperprocesamiento, estructura de múltiples núcleos, estructura de hiperprocesamiento de múltiples núcleos), estructura de memoria de múltiples núcleos (UMA, NUMA, COMA, NORMA), el proceso de inicio de una computadora con procesador simétrico de múltiples núcleos y el Intercomunicación, consistencia de caché SMP, etc. El Capítulo 21 incluye sincronización de procesos de múltiples núcleos, primitivas de sincronización de software en entornos de múltiples núcleos, bloqueos de giro y su implementación, bloqueos de giro de cola, programación de procesos en entornos de múltiples núcleos, gestión de energía en entornos de múltiples núcleos y rendimiento del sistema de múltiples núcleos.
- Capítulo 20 Arquitectura y memoria de varios núcleos
- Capítulo 21 Sincronización y programación de procesos en un entorno multinúcleo
Estructura multiprocesador
Estructura de varios núcleos
Consistencia de la caché SMP
Capítulo ocho, Diseño del sistema operativo
Si escuchas más, no te quedes en el medio
Este artículo explica los diez principios filosóficos del diseño de sistemas operativos desde la perspectiva de un edificio de alto nivel. Obviamente, existen muchos principios de diseño de sistemas operativos, y en este artículo solo se seleccionan diez muy importantes. El capítulo 22 analiza y compara estos diez principios de los dos niveles del sistema operativo y la sociedad humana, de modo que los lectores puedan comprender más claramente que el sistema operativo es el reflejo de la sociedad humana en las computadoras y comprender el funcionamiento de la sociedad humana. El funcionamiento del sistema. Después de leer este artículo, los lectores pueden descubrir otros principios de diseño y principios de sistemas operativos de minería.
El primer principio filosófico del diseño de sistemas operativos: arquitectura jerárquica
Principio filosófico: la simplicidad es la búsqueda de la belleza, la sencillez y la eternidad.
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La segunda nota del sistema operativo
El contenido es mucho, levemente Σ (° △ ° |||) ︴ ................................... ....................
Procesos e hilos
Comunicación entre procesos
Planificación
RAM
Sin abstracción de la memoria
El concepto de espacio de direcciones
Sistema de archivos
Bloque de espacio libre
Gestión y optimización del sistema de archivos
Volcado físico y volcado lógico
Consistencia del sistema de archivos
E / S
Dispositivo de E / S
Jerarquía de E / S
plato
Preguntas comunes de entrevistas
compendio................................................. .............................................
Términos que debe conocer sobre los sistemas operativos
(Debido a que hay demasiado contenido, no mostraremos Σ (° △ ° |||) ︴)
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No te decepciones
La decepción nos hace envejecer
Mientras todavía somos jóvenes
Mire hacia arriba, contemos las estrellas;
Quizás podamos contar;
Quizás podamos ver la verdad:
Quizás podamos encontrar esperanza ...