从计算机原理角度看,最基本的就三部分: CPU、I/0(DISK磁/硬盘)设备、内存。 操作系统一开始,并没有放在内存里供CPU去执行。它其实是放在DISK里, 由BIOS提供支持。
启动
DISK: 存放OS
- 在
DISK上，还存在Bootloader，用于加载OS，将OS从硬盘加载到内存中
BIOS: 基本I/0处理系统。它会检查所安装的RAM数量, 键盘和其他基本设备是否已安装并正常响应。然后,加载相应的软件进行执行。
BIOS自己占用部分内存。然后开始完成初始化检查。初始化检查完成后, 接下来, 它会把Bootloader从硬盘上放到内存中。这是BIOS要完成的最基本功能。
BIOS如何把Bootloader放到内存中的呢?
Bootloader一般放在硬盘上第一个主引导扇区。这样的话,硬盘就很容易找到了。然后, 把Bootloader加载到内存中去。 一般来说,硬盘的第一个扇区占512字节。
接下来, Bootloader会将更复杂的系统软件--操作系统从硬盘中加载到内存。
然后, Bootloader将CPU的控制权交给操作系统,也就是跳转到操作系统的起始地址。
中断、异常 和 系统调用
异步: 当一个事件产生的时候,应用程序并不知道什么时候会产生。
同步: 执行一个指令时, 一定会产生。
系统调用可以是异步或同步的。
- 正常情况下, 当应用程序向系统调用发出请求后, 应用程序一直处于等待状态。操作系统响应请求,并把结果返回给应用程序。这个过程中, 返回是个
同步过程。 - 当应用程序向系统调用发出请求后, 应用程序立即去做其他事情。操作系统响应请求,并把结果异步返回给应用程序。这个过程中, 返回是个
异步过程。
对系统调用来说, 它发出的请求点是同步的。它的返回过程、返回点有可能是同步的,也可能是异步的。
中断和异常的处理机制
操作系统里有系统调用/异常/中断向量表。
因此，应用程序完全不用感知到中断的产生。
系统调用
系统调用来源于应用程序,需要操作系统提供服务,这些服务需要操作系统来执行,这个过程就需要一个接口：系统调用接口
程序访问主要是通过高层次的API接口,而不是直接进行系统调用。
用户态：操作系统运行中，级别特别低，不能访问特权指令
内核态：操作系统运行中，级别很高，可以执行任何一条指令，包括特权指令
用户态和内核态的区别
系统调用：触发CPU从用户态到内核态的特权级转换，切换程序和内核的堆栈，需要一定的开销
函数调用只是在一个栈空间完成参数的传递以及返回。
当执行系统调用时，它带来的开销会比函数调用要大很多，当然这个开销是有回报的（安全、可靠，且是必须要付出的代价）。
