熊敬之
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操作系统 大略

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操作系统

  1. 内存管理
  2. 驱动管理
  3. 进程、线程、协程
  4. 文件系统

内存

  • 32位 2**32 == 4G
  • DOS时代，内存是程序自己控制，不相互隔离（淘汰）
  • Windows，统一的内存空间，（每个程序看到的内存地址都是相同）
  • 存储器山 cache miss
    1. CPU n核心 ALU cpu寄存器（速度最快)
    2. 每个核心有L1，L2
    3. 对整个 CPU 而言的L3缓存，3M
    4. 内存，可以很大 8G
    5. 硬盘
    6. 网络传输
  • 虚拟存储器 统一的内存模型
    1. 一个程序4G， 内存+硬盘
    2. eg：电脑4G，a程序1G数据->内存，页表， b程序1G数据->内存，页表（把4G映射）
      此时有一个c程序3G, 要使用，此时把a存储，把 c 程序 load 进来（换）换入换出
    3. a ->查页 page fault => page load => 正常运行
  • 也有不经过CPU的，DMA

驱动

  • 驱动是对硬件层的抽象
  • 键盘：ps/2, usb, bluetooth
  • linux：统一成文件 接口 read write seek

文件系统

  • original数组，在数组开始存储：[meta元信息 对应的文件位置（偏移量） 对应的文件大小]
  • 格式化： 会把所有信息抹掉，浪费时间
  • 快速格式化： meta清空，剩下的只是一堆无解的二进制
  • 抽象加密：所有的文件，都在一个file里
  • /main/main.py -> file load -> execute

进程、线程、协程

  1. DOS时代，没有Process概念
  2. 进程（操作系统，调度资源的最小单位）有pid：ps aux
  3. 实现原理：时间片；进程通信：pipe， file， socket
  4. 多线程 multithreading，thread 或者 lightweight process，线程是进程中的一个实体
  5. 多个线程共享一个进程资源的全局数据
  • 对于一个进程来说，你持有一个页表
  • 对于同一个进程内的线程，你将共享同一张页表
  1. 多线程同步问题

  • 数组 支持add

  • 把数组size + 1

  • 把add的这个数字放在 data[size]

  • 有2个线程，同时去add

  • A线程 走了1

  • B线程 走了1

  • A 存了数据 data[size] = xxx

  • A 存了数据 data[size] = xxx

  • 核心在于，操作被拆分了

  • 解决：

  1. atomic swap_and_cmp

  2. 加锁，mutex 互斥锁， 信号量， 读写锁， 自选锁。
    同步：
    加锁后，我对这个资源有所有权
    在我的所有操作没有结束前，其它线程要等
    问题： 同步后，可能死锁（哲学家进餐）

    1. 为什么死锁？获取资源的顺序不一样
      对于底下哲学家 先1后2
      对于上面哲学家 先2后1

    所有的哲学家都是先1后2

    1. 调整最后一个人的顺序
    2. 如果我那不到右手，那我左手的也不要

  • 线程安全的交换数据的函数
    swap(a,b)

    获取资源顺序一致，先lock内存大的

    a.lock()
    b.lock()
    exchange(a.data, b.data)
    a.unlock()
    b.unlock()

    swap(a,b) —— swap(b,a) 死锁

  1. 超线程，一个CPU内核跑两个线程，inter技术
    协程： 由程序自身控制，一个线程执行。一个线程里面I/O操作特别多，就用协程。
    协程就是你可以暂停执行的函数，
    Python not use multithread? GIL global interpreter lock
  2. 并发（Concurrency）和并行（Parallelism）
    • 并发，不管多少线程，只有系统能同时处理多个事情，就是并发（时间片内）
    • 并行和多线程，多进程有关系，（精确的同时）
  3. 同步异步（信号触发）
    • 事件发生不发生，是通过自己去检查得到的。
    • 事情的发生，别人通知给你的。
  4. 阻塞与非阻塞
    • 阻塞， 等下去
    • 非阻塞， 不等
  5. 编译和解释
    编译 -> 代码 -> 另一种代码 -> 编译到机器码 ， 目标代码就是 机器码
    解释 ： c 语言是统一的，用c写了一个虚拟机， 这个虚拟机是可以部署到任何机器的
    Python就是逐步转换成虚拟机指令
    JIT： just in time complier， hybrid混合方案，把最热的代码编译到机器码
  6. 动态静态语言
    • 动态静态： 赋值决定
    • 强类型弱类型： 1 + ‘1’ JS弱；1 + 1 Python强类型
    • 有 GC 无 GC： garbage collection 垃圾回收
      new 和 delete， // malloc free c， c++
      有GC的语言：java golang python ruby scala js
      GC实现
    1. mark & sweep concurrent
    2. ref counting
      Python 主要用ref counting， 解决不了用特殊的mark sweep