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一. 冯诺依曼体系结构 (Von Neumann Architecture)
注意事项
存储器的意义#xff1a;缓冲
数据流动示例
二. 操作系统 (Operating System)
操作系统的概念
操作系统的定位与目的
操作系统的管理
系统调用和库函数
操作系统的管理#xff1a;
sum
三. 系统调…目录
一. 冯诺依曼体系结构 (Von Neumann Architecture)
注意事项
存储器的意义缓冲
数据流动示例
二. 操作系统 (Operating System)
操作系统的概念
操作系统的定位与目的
操作系统的管理
系统调用和库函数
操作系统的管理
sum
三. 系统调用实现示例Pintos 项目
Step 1进入 examples 目录
Step 2修改 Makefile 文件
Step 3添加系统调用编号
Step 4编写系统调用 API 原型
Step 5定义参数调用宏
Step 6实现系统调用功能
测试新系统调用
总结
文章手稿 文章手稿可见文末~
一. 冯诺依曼体系结构 (Von Neumann Architecture)
冯诺依曼体系结构是我们常见计算机系统的基础架构它由以下几个核心组件组成 之间的关系 注意事项 内存是 CPU 唯一能直接读写的数据存储器。外设只能通过内存进行数据传输即外设的数据必须先写入内存然后由 CPU 读取同样CPU 输出数据也必须先写入内存再由内存转交给外设。 存储器的意义缓冲
技术角度内存的速度介于 CPU 寄存器和外设之间起到了缓冲的作用避免了“木桶效应”即系统性能被最慢的部分限制。成本角度内存的制造成本低于 CPU 寄存器但性能却能满足大部分数据存储需求从而实现性价比的优化。
数据流动示例
当你登录 QQ 与朋友聊天时数据流动过程如下 输入设备键盘将输入的数据先写入内存CPU 从内存读取数据进行处理并将处理结果再次写入内存输出设备网卡从内存读取数据并显示。 这种数据流动过程确保了各组件之间高效协作提高了计算机系统的整体性能。 二. 操作系统 (Operating System)
操作系统的概念
计算机的运行 操作系统 (OS) 是管理计算机软硬件资源的基本程序集合。主要包括
内核负责进程管理、内存管理、文件管理和驱动管理。其他程序如函数库、Shell 程序等提供额外的功能和用户接口。
操作系统的定位与目的
定位操作系统是一款专门管理软硬件资源的软件。目的 对上为用户程序提供良好、稳定的运行环境。对下高效管理硬件资源。
操作系统的管理
管理分为决策和执行两个过程 决策操作系统通过 数据算法决定资源分配策略。执行通过系统调用和库函数实际操作硬件资源。 系统调用和库函数
系统调用是操作系统提供给用户程序的接口用于请求内核服务。由于系统调用比较底层功能基础对用户要求高因此开发者通常会封装系统调用形成库函数简化开发工作。
操作系统的管理
先描述再组织
用C语言编写的os来管理软硬件再底层就是二进制了 1. 描述起来用struct结构体 2. 组织起来用链表或其他高效的数据结构 maybe:计算机就是一种算法建模处理数据的手段
sum 三. 系统调用实现示例Pintos 项目
为了更好的实战性学习下面我将演示如何在斯坦福操作系统大作业 Pintos 项目添加用户级系统调用。学习如何额外实现一些功能到系统调用中以供用户使用。
准备工作
1. 获取最新的 Pintos
git clone git://pintos-os.org/pintos-anon
2安装 QUMU
sudo apt-get install qemu
3把压缩文件 ftp 传输到云服务器上并解压文件。
$ tar -xvf pintos_modified.tar.gz Pintos 是一个教学操作系统项目以下是添加自定义系统调用的步骤
Step 1进入 examples 目录
cd pintos/src/examplesStep 2修改 Makefile 文件
在 Makefile 中添加新系统调用程序的文件名和资源文件
PROGS ... additional
additional_SRC additional.cStep 3添加系统调用编号
在 syscall-nr.h 中添加新函数的系统调用编号
enum {...SYS_FIBONACCI,SYS_MAX_OF_FOUR_INT,...
};Step 4编写系统调用 API 原型
在 syscall.h 中声明新函数
int fibonacci(int n);
int max_of_four_int(int a, int b, int c, int d);Step 5定义参数调用宏
在 syscall.c 中定义 syscall4 宏
#define syscall4(NUMBER, ARG0, ARG1, ARG2, ARG3) ...Step 6实现系统调用功能
在 userprog/syscall.c 中实现新系统调用
int fibonacci(int n) {// 斐波那契数列实现
}int max_of_four_int(int a, int b, int c, int d) {// 四数最大值实现
}测试新系统调用
运行 Pintos 进行测试
pintos --filesys-size2 -p ../examples/additional -a additional -- -f -q run additional 10 20 62 40总结
冯诺依曼体系结构和操作系统设计共同构成了现代计算机系统的基础。冯诺依曼体系通过明确的组件分工和数据流动规则实现了高效的硬件资源利用。而操作系统通过系统调用和库函数为用户程序提供了高效、稳定的执行环境。掌握这两者的原理和实现方法对于理解和优化计算机系统具有重要意义。 文章手稿
