by shihang.mai
1. 操作系统的启动
os启动
os负责管理硬件(kernel 内核)和进程
2. 用户态和内核态
cpu分不同的指令级别
- linux内核跑在ring 0级
- 用户程序跑在ring 3级
对于系统的关键访问，必须通过kernel。jvm运行在用户态。
2.1 进程 线程 纤程
进程和线程有什么区别？
- 进程是OS分配资源的基本单位，
- 线程是OS执行调度的基本单位。
- 分配资源最重要的是内存空间，线程共享进程的内存空间，没有自己独立的内存空间。
在linux中线程其实就一个普通进程，用了一个fork()函数，底层用的Clone(),copy一个新的进程出来,而启动线程用exec()
纤程
- jvm运行在用户态，OS运行在内核态，而在jvm new thread()，对应在OS创建一个线程（lwp ligth weight process），所以是一个重量级线程。
- Fiber 是线程里的线程，运行在用户态，在jvm启动一个线程，而多个Fiber创建在这个线程上，这样做，Fiber不需要与OS交互，速度快。
linux中维护一个进程用的是一个进程描述符PCB(process control block)
僵尸进程
父进程,fork()出子进程，而父进程维护子进程的pcb，子进程退出，由父线程释放。如果父进程没释放，子进程成为了一个僵尸进程。可以用操作系统中的wait()方法手动释放。
孤儿进程
子进程结束之前，父进程已退出。linux一般会把这些个子进程，全部归为一个父进程（init进程）
3. 进程调度
每个进程均有自己的一个调度策略，并且可以自定义的，一般linux都有自己内置的调度。
多任务调度:非抢占式 、抢占式
Linux2.5采用经典Unix O（1）调度策略.用的是时间片调度。每个进程固定使用时间片，这个策略偏向服务器，对交互不友好。
Linux2.6.23后，采用CFS complete fair scheduler 完全公平调度算法.按优先级分配时间片比例，记录每个进程的执行时间，如果有一个进程执行时间不到它应该分配的比例，优先执行。
3.1 进程调度基本概念
进程类型:IO密集型 CPU密集型
进程优先级：实时进程>普通进程
3.2 LINUX默认的调度策略
对于实时进程:sched_fifo（优先级高的先执行）和sched_rr（轮询）
对于普通进程:CFS,按优先级调度
4. 中断
硬中断:键盘,打印机等。
软中断(system call系统调用):软件发出的中断，即通俗的80中断。
- 系统调用int 0x80(16进制是0x80 10进制是128 2进制是1000 0000)或者sysenter原语（新的CPU支持），放入128到ax寄存器，
- 内存中固定位置有一个中断描述符表（key 0 1 2 128--255 value callback）,调用128对应的callback函数(内核callback函数的位置)
- 在调用callback前，保护现场，即将当前进程状态保持（将原来寄存器的东西放回当前进程）
- 切换用户态到内核态。再内存中读取参数传入bx cx dx si di寄存器，运算后，返回值放入ax返回
5. 内存管理
多进程放入内存，要解决2个问题
- 内存撑爆-分页装入
- 进程间互相打扰-虚拟内存
解决这两个问题，诞生了现在的内存管理系统:虚拟地址 分页装入 软硬件结合寻址
分页装入:程序分为一块一块的，内存中也分为一块一块的(page frame)，4k。用到程序的那一块就装入那一块到内存。当内存满了，回采用LRU算法，将最不常用的放到swap分区。
虚拟内存:让程序工作在虚拟空间，程序用到的空间地址不再是物理地址，而是虚拟地址，这样A进程永远不可能访问B进程的空间，虚拟空间的大小=寻址空间（64位系统 2^64 byte 32位系统2^32 byte）,比物理空间大很多。站在虚拟的角度，每个进程独享整个系统+CPU
软硬件结合寻址:段的基地址+逻辑地址(偏移量)=线性地址,而线性地址映射到物理地址，用了OS+一个硬件MMU完成的
6. 内核同步方法
以下几个类型，保证一个或多个 原子性 有序性 可见性
- 原子操作-内核中类似于AtomicXXX，compare and exchange
- 自旋锁-内核中通过汇编支持的cas
- 读写自旋-类似ReadWriteLock,可同时读，只能一个写.读的时候是共享锁，写的时候是排他锁
- 信号量-类似于Semaphore，重量级锁，线程会进入wait
- 互斥体-特殊的信号量,平时说的锁大多说这个
- 顺序锁-序列计数器，从0开始，读的时候不改变，当写的时候+1,写完再+1，如果是偶数直接读，不是偶数证明有在写。
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