hello从编写到运行

编写程序
当编写一个hello.c的时候，hello.c是源文件，存储在硬盘里。具体的表示形式是Bits，计算机中所有的信息都是各种Bits或Bytes组成，其具体的含义则需要根据上下文（Context）去理解。即用ASCII码去查看hello.c的字符串，可以将bits转化成我们看得懂的字符串，也就是文本形式。而如果用ASCII去解析一个二进制的可执行文件，则只能看到一堆乱码。
编译程序
将hello.c编译成可执行文件，语句很简单：
gcc -o hello hello.c
但是gcc在背后做了很多事情：
- 预处理：将hello.c文件中的以#开头的指令进行处理。例如将#include<stdio.h>语句用系统头文件stdio.h的内容进行替换。预处理之后生成hello.i文件。
- 编译：将hello.i文件转化成汇编语句。生成hello.s文件。
- 汇编：将hello.s中的汇编语句变成机器指令，生成hello.o文件，此文件为二进制文件，非文本文件。
- 链接：将hello.c中调用的printf函数所在的单独的预编译对象文件printf.o和hello.o合并，生成hello可执行文件。
运行程序
当我们通过键盘输入./hello的时候，shell程序会读取字符到寄存器，然后存储在内存中。当按下enter键的时候，shell通过执行一系列指令，从hello文件中读取代码和数据并加载到内存。
通过DMA（直接内存访问）技术，可以将数据直接从硬盘传输到内存，而无需通过处理器。
一旦hello文件的代码和数据加载到内存，处理器便会开始执行hello程序的机器指令，将hello,world\n 字符串从内存拷贝到寄存器，然后显示到屏幕。

缓存

一个简单的程序要花费大量的时间去传输数据，处理器读取寄存器的值要比读取内存的值快100倍，所以为了处理 cpu与内存之间的鸿沟，加入了缓存技术。
L1级缓存大小为几十KB，读取速度和寄存器相当。
L2级缓存大小为几百KB到几兆，可能比L1慢5倍，但比直接访问内存快5-10倍。
L1与L2的实现为SRAM（静态随机存取存储器）。

存储设备层次结构

层次可以分为：

寄存器
L1 cache
L2 cache
L3 cache
Main memory
Local disks
Remote secondary storage

从上到下，每层的访问速度越来越慢，上一层可作为下一层的缓存。如内存可以作为磁盘的缓存，磁盘可以作为服务器资源的缓存。

操作系统是介于应用程序与硬件之间的管理程序，主要有两个目的：

防止硬件被应用程序误用
提供简单并统一的机制给应用程序去操作低层次的硬件。
主要通过进程、虚拟内存、文件去实现上述功能。
进程：进程是正在运行的程序在操作系统中的一种抽象。
线程：线程是可执行单元，共享进程的上下文，并共享同一段代码和全局数据。线程间通信比进程间通信更简单，且通常比进程更高效。
文件：一串bytes，仅此而已。所有的I/O设备都可以看作是文件。对I/O设备进行输入与输出，相当于读写文件。
虚拟内存：每个进程都有同样的内存视图，叫虚拟内存空间。主要分为：
- 程序代码和数据区
- 堆区
- 共享库
- 栈区
- 内核虚拟内存：操作系统占有，应用程序代码无法直接访问。