3.1 The History of Operating Systems
- 多任务处理（multitasking）的问题
- load balancing：在多个处理器这件，动态调节任务
- scaling：把一个任务拆分成子任务
- embedded system：嵌入到特定仪器上的系统
3.2 Operating System Architecture
A Software Survey
Components of an Operating System
- 操作系统 = UI + kernel
- 两类UI：shell（键盘显示器，文本）vs. GUI
| - | UNIX | Windows |
|---|---|---|
| shell | Bourne shell, C shell, ... | cmd |
| GUI | X11 | windows |
- kernel
- 文件管理（斜线：windows左，网址、LINUX右 ）
- 设备驱动：和controller通讯的软件
- 内存管理：管理主存。paging：把待处理信息在主存和硬盘之间来回倒，制造虚拟内存。
- scheduler，dispatcher
Getting It Started
- 开机过程
- 开启前操作系统存储在硬盘中，主存是空的
- 每次启动，CPU的program counter（存储这下一条指令的地址），都包含一个预定的地址
- 这个地址指向内存中特殊的ROM(read only memory，掉电依然保存)，存储着boot loader
- boot loader负责把操作系统载入到主存中，之后让program counter跳转到操作系统的第一条指令
- 操作系统可以存放在闪存甚至远程电脑中
- firmware：ROM中，除了boot loader之外的其他软件。介于软硬之间。例如BIOS, EFI。
3.3 Coordinating the Machine's Activities
The Concept of a Process
- 进程：执行一个程序的“行为”。随着时间变化。
- 进程状态 = 程序中正在执行的位置（program counter）+所有寄存器状态
Process Administration
- scheduler：在process table中管理任务（任务管理器可见）
- 记录process使用的内存地址，优先级，ready/waiting
- dispatcher：管理资源（时间片）
- 从所有ready进程中，选择最高优先级，分配一个时间片
- 时间片计时结束后，触发interrupt
- CPU完成当前machine cycle
- CPU记录当前process状态，进入下一循环
3.4 Handling Competition Among Processes
- 需要竞争的资源：文件读写权限、 新文件创建的硬盘空间、内存、process table中的位置、时间片、网络、GPU
Semaphores
- 有些代码（例如独占设备），一次只能由一个进程执行完，才允许下一个进程执行。要用一个flag进行保护
- 这个flag本身的读取/设置也需要进行
- 法1：在读取时，设定不可中断；设置完成后，再设置可中断
- 法2：test-and-set设置为一个指令，在一个machine cycle中完成
- 这种“精心维护”的flag称为semaphore。可访问程序个数可以不止为一。
Deadlock
- 多个进程，相互等待对方完成，才能从waiting变成ready
- 死锁的三个必要条件
| 名称 | 含义 | 解决 | 举例 |
|---|---|---|---|
| 竞争 | 在不可共享资源上存在竞争 | 规避 | 把打印机驱动（不可共享）当成资源->把待打印队列（可共享）达成资源。spooling |
| 请求和保持 | 进程一部分一部分地申请资源。申请新的时候，旧的不放弃 | 规避 | 一次申请全部资源 |
| 不可剥夺 | 资源分配后，不可被强制取回 | 检测和矫正 | 杀进程 |
3.5 Security
Attacks from the Outside
Attacks from Within
- 两种模式：privileged mode/nonprivileged mode，是否可以运行所有指令
- 某些指令（e.g.改写程序访问限制的寄存器），需要限制执行
