课程学习总结报告

Posted 2020-12-16 logan233

一、精简的Linux系统概念模型概述

　　一个精简的Linux系统概念模型主要应该包括：进程管理，内存管理，文件和设备管理这几个主要部分，还应该有GUI等方便用户操作的平台。

　　操作系统的第一要务是帮助用户操作所有计算机硬件，应该将硬件设备封装成接口供用户调用。同时为了保证系统安全，应该实现用户空间和内核空间的分离。

　　进程管理主要负责管理进程，包括进程的创建，运行，调度，清理的全生命流程。

　　内存管理主要是内存设备的使用，合理控制硬件设备，不浪费系统资源，尽最大程度的合理利用系统资源。

　　文件和设备管理是负责帮助用户管理各种设备，将各式各样的设备封装成同一的接口，这样可以尽可能地提供统一地服务给用户。

　　GUI是统一图形界面，通过统一图形界面，可以增强系统的易用性，降低用户接触的门槛。但是优先级相对较低，毕竟Linux系统主要用于计算环境，较少用于与用户直接交互。

二、用户空间和内核空间的分离

　　用户空间和内核空间的分离，可以最大限度地保证系统安全，同时可以增强系统易用性和程序地复用性。首先需要做出如下规定：

　　内核态：代码可以执?特权指令，访问任意内存，这时 CPU 的执?级别对应的就是内核态，所有的指令包括特权指令都可以执?。

　　用户态：指令受到限制，无法直接操作一些硬件。

　　用户态和内核态有各自地内存空间，彼此分离，无法访问对方的内存空间。

　　另外还必须保证程序员可以通过封装好的C语言库进入内核态，使用的方法是系统调用：

　　在用户态进入内核态时需要通过中断保存用户态的现场，在回到用户态时恢复现场。

　　为了实现系统的各种操作，需要实现一个系统调用表，通过这个系统调用表可以在用户态对计算机进行操作。

三、进程管理

 　　首先每个进程需要一个进程描述符，这个进程描述符描述了进程的各种信息。Linux用一个数据结构struct task_struct描述进程。包括进程状态，进程双向链表管理，控制台tty，文件系统fs描述，文件描述符files，内存管理描述mm和进程间通信signal等等。

　　为了管理所有进程，操作系统需要将进程集合起来，放在一个链表中。定义不同的进程状态，包括有就绪态，运行态，阻塞态三种基本状态，通过不同的状态对进程进行不同的操作。

　　管理进程最重要的就是进程的调度，如何调度进程非常重要，Linux采用的基于优先级的进程调度方法。对时间要求严格的实时进程拥有更高的优先级，对时间要求更低的用户进程有低一些的优先级。高的优先级更容易获得各种资源，低优先级的进程相对困难。

　　进程还需要解决的一个问题就是进程的创建，第一个进程通过硬编码实现，其他的进程通过复制第一个进程并修改重要信息实现。

四、内存管理

　　虽然这一部分在本课程中没有提及，可能是知识较为浅显，但是我认为内存管理是操作系统的重要功能之一。

　　内存管理主要是管理计算机的内存资源，进行合理的分配与回收。内存的分配与回收应该是与进程管理相关的，通过进程管理合理的分配计算机的内存资源。

　　内存管理主要采用页式或者段页式管理办法。因为这种管理方法内存利用率较高，内存浪费较少，可以更好的利用内存资源。

五、文件和设备管理  

　　在linux中，文件和设备都是文件。Linux通过操作文件的方法操作外设，可以对支持更多的用户程序。

　　文件主要是由一般文件和特殊文件构成，一般文件指的是主要的字符流文件，特殊文件是指特殊的目录文件和设备文件。

　　文件系统需要帮助用户管理千差万别的磁盘设备，在不同的磁盘设备上进行读写。

　　通过虚拟文件系统模型向用户提供统一的文件操作，然后在底层对不同的设备实现不同的功能。

　　文件系统还需要与进程有紧密的联系，这样才能保证进程的使用和文件的读取。

六、其他功能

　　最重要的就是中断功能，中断功能让系统可以同时处理多个任务。

　　中断功能需要在内核空间实现，而且需要硬件系统的支持。主要功能是，确定中断信号，保护现场，引导对应的中断处理程序处理中断，中断处理完后恢复现场。

　　需要注意中断处理的原则，快!

　　中断处理程序的抢占原则是：普通进程可以被中断或异常处理程序打断，异常处理程序可以被中断程序打断，中断程序只可能被其他的中断程序打断

七、总结

 

　　上面只是总结了操作系统的重要模块，实际上每个模块都复杂无比。通过本课程，我了解了Linux操作系统的底层知识，对操作系统有了更深一层的认识，我相信这必将让我受益匪浅。本课程也燃起了我对操作系统的兴趣，我将继续研究操作系统，因为深入理解这个复杂的操作系统可以让我有无比自豪的成就感。