程序员的自我修养笔记第一章

Posted 2022-12-11 tab_tab_tab

                1.2万变不离其宗

早期的计算机体系的硬件设计：

虽然经过N年变化变成这样：

看似复杂，却没有摆脱原来的框架模型，和原来的模型核心几个点：IO、内存、CPU始终没有没有改变。因此是可以看成是最早的模型，或者说标题= = 万剑不离其宗。。。
好吧。。。总的也就这么多。现在记录下这一节学到的东西吧
1.计算机历史：早期的计算机CPU频率和内存频率几乎保持着一致性，所以看图1-1发现内存竟然和CPU挂在同一条总线。
改进1(速度方向上的)：后来CPU频率远远超出内存IO频率，因而，引入了系统总线，把CPU从总线上分离出去。
改进2(大量数据方向上的)：后来后来的图形化设备的流行，极度需要大量数据快速在CPU和内存之间交换，因而引入了南北桥，专门负责处理处理这些。。。（北桥挂高速IO设备，南桥挂低速IO设备，呃，至于怎么记忆…可以把北桥想象成人的心脏，快速运作）
2.SMP和多核处理
引入原因：CPU具有物理瓶颈，速度不是无限大的，一块有限芯片里面集成的电路密度也是有限的，如果太密就有什么物理上的电子之间的相互影响之类的，这个不太懂，不过大概意思就是这样。。。
频率上限：4GHZ
改进思路1：改进工艺，用全新的技术来做（废话，不太现实）
改进思路2：SMP(对称多处理器) 意思就是使用若干个相互独立的CPU一样。
这时候我们是时候进行一波数学上的分析了，假设有一个CPU价格为x元，SMP 系统集成了k个CPU，那么价格就≈kx。对于商用服务器来说，或许能承受，但是对于个人用户来说就难以承受了。这就是SMP体系的缺点1：价格高
另外，不是集成CPU越多就越high,因为程序不是所有的都是可以分离的，有得程序是不具有相互独立性的，就好像生孩子一样，一个孕妇生孩子要10个月，十个孕妇生一个孩子不能只是一个月一样。。。。SMP体系的缺点2：不一定越多核心越快
因此引入了多核处理器
改进2：多核处理器,CPU的组件也是有贵有便宜的，因此可以选择核心的一些必不可少的组件来构造多核，对于一些昂贵的，比如缓存组件有关的可以选择共享。这样，多核处理器无法解决缺点2，但是他能解决缺点1，适合大众使用。。。
记住重点：SMP和多核处理器几乎没有任何区别，只是前者拥有独立缓存后者是共享缓存。
1-3计算机体系结构

一般最下面的一层是硬件，由硬件出厂商定义的接口，呃，这个可以忽略掉，知道就好了。
然后操作系统利用硬件接口实现了一系列功能，作为接口提供给用户程序使用，这个就是第二层：系统调用。使用系统调用请记住：调用系统调用代价是极度昂贵的！
呃，其实上面没讲什么….重点是一句话：
系统调用是通过软中断来实现的，Linux系统的中断0x80作为中断调用号，windows用0x2E作为系统调用号。
1-4不要让CPU打盹
- -！沿着计算机发展历史往前走吧！
早期：单道程序设计，操作系统只能跑一个程序，一个程序跑完才能下一个，缺点不用说了吧，几乎都是缺点，唯一好处就是这样实现比较简单
中期：多道程序设计： = =发现单道程序太水了，一个进程可能不是密集计算型任务，假设99%时间都在IO，那么你的CPU也就在99%的时间内空转着！！！这谁也受不了吧，CPU可是超级昂贵的啊，在那个时候。于是人们想出来让一个进程IO时候，阻塞该进程，让别的进程继续在CPU跑起来。。。。但是请记住是IO时候才会让进程让CPU，当然，手残的程序员主动调用相应系统调用可能也会发生这种进程切换。。。但是这种不太现实，，，
每个程序员都希望自己占用的资源足够多。于是有得程序员默默写下下面的语句while(1);这时候CPU就完全被它占用了，其他程序员的进程看上去就好像“死机”了一样。。。留下一群一脸懵逼的程序员
这就是多道程序设计的第一个缺点：进程不主动放弃CPU就不会调度，请记住while(1)!
然后直接说第二个缺点吧：缺乏优先级，可能有的进程是很快就完成计算，然后就结束的。。。。但是却因为简单的调度策略，一直排队排了十分钟。。。比如用户点击鼠标。。。。
作为用户，你能忍受点击鼠标十分钟后才反应吗？你能忍受别的程序写了一个死循环然后你的计算机就“死机”，你只能重启吗？
后期：分时系统，，，，这时候操作系统就像是ZF，所有的部门，所有的用户程序级别都比他低！！并且每个进程相互独立，相互不影响。然后在操作系统老大的指点下，CPU给某一个进程跑一段时间，然后时间片用完了，就可以把它“踢”出来，让别的进程进去。当然，有更高优先级进程来到，也可以把当前占用CPU的进程踢出去。
这时候我就用一个简单的例子来形容吧，人的世界……..假设在银行只有一个窗口，一群人来这里办理业务
调度策略1：
逐个逐个客户服务,呃，假设前面有人身份证忘了带，然后回家取，这时候银行所有人都在等着这个人，只有他拿了身份证回来并且完成注册并且满意的离开了，才轮到下一个。
调度策略2：
也是逐个逐个客户服务，不过这时候窗口的银行MM学会聪明了，问客户带了身份证没有？带了银行卡没有？没有？没有就自己回去取，然后再过来排队吧！但是客户不主动走，银行MM就不能嫌弃人家的。。。。
调度策略3：
呃，这时候我们的银行MM实在太漂亮，有得人一直不舍得离开，顺势在那里勾搭起妹子来………所以银行不得不定下以下策略：每个用户最多10分钟，假设10分钟后还没办完，就要给下一个用户办理，这样虽然对大多数用户来说都更公平。。这时候又来了问题，超级客户来了，总不能让他等吧？所以银行都是有一个VIP窗口…..
计算机在模拟着现实世界…….
1.4-2硬件
磁盘的基本单位是扇区，大小一般是512字节,磁盘分成x1个扇片，一个扇片有两个扇面，一个扇面上有x2个磁道，一个磁道分成(非均等)x3个扇区。那么磁盘大小为x1*2*x2*x3*512大小。（磁盘计算公式）
逻辑扇区编号:意思就是给上面的那么多个扇区编号，让别人用起来简单点，不是复杂的说第几扇片第几扇面第几磁道第几扇区，而是简单的说**扇区就可以了。
1-5内存
有限的内存资源分配给进程，注意点有
a.进程的隔离，防止进程访问或者破坏其他进程的内容
b.内存利用率问题，如果考虑整个程序装入内存，然后执行一段时间后再调度出来，轮到该进程再把它从磁盘装入内存，那么效率无疑是噩梦级别的
c.程序的运行地址不明确，也就是所谓的重定向问题，唉，举例子吧，例如在VC底下最常见的一个地址就是0x0012ff7c，几乎每一个VC下编译的程序都用到了这个地址，或者说是逻辑地址，但是你们觉得如果这个逻辑地址就是直接的物理地址。。会照成什么后果？？是不是两个VC程序都能同时跑起来？你们觉得现实吗？这样做的话。很明显这是不合理的，因而才有逻辑地址，线性地址，物理地址的概念。在linux系统上，逻辑地址可以姑且认为是形如0x0012ff7c之类的地址，由程序在编译时候所明确使用的地址。为了简化本文，姑且认为线性地址=逻辑地址吧，具体来说，线性地址是经过段映射后得到的地址，但是Linux平台把段映射设置成一种非常特殊的映射，映射前后，地址值本身没有发生任何改变，Linux把真正区分物理地址的工作留给了我们亲爱的页式映射，也就是所谓的线性地址到物理地址的这个过程中。具体想了解的可以自行网上查阅相关资料。
关于段映射和页映射，还有进程线程之类的，我以后再写相应内容吧，，，，不想写的太简单了 - -!