实验五 Linux操作系统是如何工作的

Posted 2023-04-06

参考技术A 操作系统工作的基础：
1、存储程序计算机
冯.诺伊曼首先提出了“存储程序”的概念，按照存储程序的原理，计算机在执行程序时须先将要执行的相关程序和数据放入内存储器中，在执行程序时CPU根据当前程序指针寄存器的内容，按地址顺序取出存放在内存储器中的指令（按地址顺序访问指令），然后分析指令，执行指令的功能，遇到转移指令时，则转移到转移地址，再按地址顺序访问指令（程序控制）。linux操作系统就是以存储程序计算机的工作原理为基础去管理整个计算机以及整个计算机的执行工作流程。

存储程序计算机以运算单元为中心， 采用存储程序原理，存储器是按地址访问、线性编址的空间，控制流由指令流产生， 指令由操作码和地址码组成，数据以二进制编码。（维基百科）

2、堆栈
堆栈（此处不同于数据结构的中堆栈）是内存中的一段存储区域。堆栈用到的寄存器主要有%esp和%ebp，c语言中堆栈机制主要用于函数调用中上一层函数相关寄存器（包括堆栈相关寄存器，eip寄存器等）的保存，以便从调用函数返回至上一层函数，堆栈还会保存调用函数的参数以及函数中创建的局部变量。
操作系统中的堆栈分为用户态堆栈和内核态堆栈，而程序的执行又是以进程为单位来执行的，操作系统使每个进程有各自独立的4G地址空间，0~3G为用户态，3G~4G为内核态，Linux为每个进程分配一个8KB大小的内存区域，用于存放该进程两个不同的数据结构：Thread_info和进程内核堆栈。当我们进行系统调用或其他中断时内核栈会保存用户栈的寄存器信息以及返回地址等信息，当内核进行进程调度切换上下文时堆栈会保存前一个进程的上下文，再载入下一进程的上下文。

3、中断
中断机制最初是未解决计算机和外设的处理速度不匹配问题，为了提高cpu的工作效率，操作系统引入中断机制。
处理器的速度跟外围硬件设备的速度往往不在一个数量级上，因此，如果内核采取让处理器向硬件发出一个请求，然后专门等待回应的办法，显然降低内核效率。中断可以让内核不用等待硬件响应，而是去执行其他事务进程，当硬件处理完毕，通过中断告知CPU硬件数据准备好，CPU再切换来处理此硬件事务。
不同的设备对应的中断不同，而每个中断都通过一个惟一的数字标识，即中断号。从而使得操作系统能够对中断进行区分，并知道哪个硬件设备产生了哪个中断。这样，操作系统才能给不同的中断提供不同的中断处理程序。
中断使得进程能够并发的去执行，当然，并发并不是并行，而是中断允许CPU在多个进程之间切换，大大提高了CPU的利用率。中断是多进程能够正常执行以及进程间的切换的必不可少的要素。

Linux内核分析实验二：mykernel实验指导（操作系统是如何工作的）

 

计算机是如何工作的？（总结）——三个法宝

 

 

 

• 存储程序计算机工作模型，计算机系统最最基础性的逻辑结构；

• 函数调用堆栈，高级语言得以运行的基础，只有机器语言和汇编语言的时候堆栈机制对于计算机来说并不那么重要，但有了高级语言及函数，堆栈成为了计算机的基础功能；

• enter 

• pushl %ebp

•  movl %esp,%ebp

• leave 

• movl %ebp,%esp

• popl %ebp

• 函数参数传递机制和局部变量存储

• 中断，多道程序操作系统的基点，没有中断机制程序只能从头一直运行结束才有可能开始运行其他程序。

 

 

反汇编

 

　　gcc -g　　生成可执行文件

　　

　　objdump  -S　　获得反汇编文件

　　C语言内嵌汇编语言（模板）：

　　　　　　asm volatile（

　　　　　　　　输出：

　　　　　　　　输入：

　　　　　　　　破坏描述部分

　　　　　　　　）；

 

实验部分（截图）

 

　　　　

总结：自己手打的代码  不知道哪里出现了错误导致轮转不能重置。还望谅解