操作系统介绍
哈Ha！ 我想提请您注意一系列文章-我认为是OSTEP的有趣文献的翻译。 本文相当深入地讨论了类Unix操作系统的工作，即处理组成现代OS的进程，各种调度程序，内存和其他类似组件。 您可以
在这里看到所有材料的原始材料。 请注意，翻译是非专业地进行的（相当自由），但是我希望我保留了一般的含义。
有关此主题的实验室工作可以在这里找到：
其他部分：
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程序工作
程序运行时会发生什么？ 运行程序可以做一件事-它执行指令。 处理器每秒从RAM中提取数百万甚至数十亿条指令，然后对它们进行解码（例如，识别这些指令属于哪种类型）并执行。 这可以是两个数字的加法，访问内存，检查条件，切换到功能等等。 完成一条指令后，处理器将继续执行另一条指令。 因此，逐条指令执行它们，直到程序完成。
该示例自然被认为是简化的-实际上，为了加快处理器速度，现代硬件使您可以依次执行指令，计算可能的结果，同时遵循指令和类似技巧。
冯·诺依曼计算模型
我们描述的简化工作形式类似于冯·诺依曼的计算模型。
冯·诺依曼（Von Neumann）是计算机系统的先驱者之一；他也是博弈论的作者之一 。 程序运行时，还会发生许多其他事件，许多其他进程和第三方逻辑会工作，其主要目的是简化系统的启动，操作和维护。
有一套软件负责简化程序的运行（甚至允许您同时运行多个程序），它允许程序共享相同的内存以及与不同的设备进行交互。 这样的一组软件（软件）在本质上被称为操作系统，其任务包括监视系统正确，有效地工作以及确保对该系统的易于管理。
作业系统
操作系统（简称OS）是一组相互连接的程序，旨在管理计算机资源和组织用户与计算机的交互 。
操作系统主要通过最重要的技术-
虚拟化技术来实现其有效性。 OS与物理资源（处理器，内存，磁盘等）进行交互，并将其转换为更通用，更强大且更易于使用的自身形式。 因此，为了大致了解，您可以将操作系统与虚拟机进行非常粗略的比较。
为了允许用户向操作系统提供指令，从而使用虚拟机的功能（例如：启动程序，分配内存，访问文件等），操作系统提供了一些称为
API （应用程序编程接口）的接口，您可以拨打电话。 典型的操作系统可以进行数百个系统调用。
最后，由于虚拟化允许许多程序运行（因此共享CPU），并同时获得对它们的指令和数据的访问权（从而共享内存），以及访问磁盘（从而共享I / O设备） ），操作系统也称为资源管理器。 每个处理器，磁盘和内存都是系统的资源，因此操作系统的角色之一成为管理这些资源，有效，诚实或相反地取决于设计此操作系统的任务来管理这些资源的任务。
CPU虚拟化
考虑以下程序：
（https://www.youtube.com/watch?v=zDwT5fUcki4）
它不执行任何特殊操作，实际上它所做的只是调用
spin （）函数，其任务是循环时间并在经过一秒钟后返回。 因此，它会无休止地重复用户作为参数传递的字符串。
运行该程序，并将符号“ A”作为参数传递给它。 结果不是很有趣-系统仅运行一个程序，该程序定期显示符号“ A”。
现在，当同一程序的许多实例正在运行但显示不同的字母时，让我们尝试一下该选项，以便于理解。 在这种情况下，结果将略有不同。 尽管我们只有一个处理器，但该程序会同时运行。 这是怎么发生的？ 但是事实证明，并非没有硬件功能的帮助，操作系统会产生一种幻觉。 错觉是系统中有多个虚拟处理器，从而将一个物理处理器转变为理论上无限的数量，从而使程序看起来可以同时执行。 这种错觉被称为
CPU虚拟化 。
这种情况引起了很多问题，例如，如果要同时启动几个程序，将启动哪个程序？ 操作系统的“策略”负责这个问题。 策略在操作系统的许多地方都使用，并回答类似的问题，也是操作系统实现的基本机制。 因此，操作系统作为资源管理器的角色。
内存虚拟化
现在让我们看一下内存。
现代系统中的物理内存模型表示为字节数组 。 要从内存中读取，必须指定
单元的
地址才能访问它。 要记录或更新数据，还必须指定数据以及将数据写入单元的地址。
在程序运行期间，存储器访问不断发生。 程序将其整个数据结构存储在内存中，并按照各种指令进行访问。 同时，指令也存储在内存中，因此对下一条指令的每个请求都可以对其进行访问。
调用malloc（）
考虑以下程序，该程序使用
malloc（）调用（https://youtu.be/jnlKRnoT1m0）分配内存区域：
该程序可以做一些事情。 首先，它分配一定数量的内存（第7行），然后显示所选单元的地址（第9行），将零写入已分配内存的第一个插槽。 接下来，程序进入一个循环，在该循环中，程序会递增变量“ p”中地址处内存中记录的值。 它还显示自身的进程标识符。
进程ID对于每个正在运行的进程都是唯一的 。 启动了多个副本后，我们会遇到一个有趣的结果：在第一种情况下，如果不执行任何操作而仅启动多个副本，则地址将有所不同。 但这不属于我们的理论范围！ 的确如此，因为在现代发行版中，默认情况下会启用内存随机化功能。 如果将其关闭，我们将得到预期的结果-两个同时运行的程序的内存地址将重合。
结果，事实证明两个独立的程序使用它们自己的专用地址空间，这些地址又由操作系统显示在物理内存中 。 因此，在一个程序中使用内存地址不会以任何方式影响其他程序，并且在每个程序中它似乎都有自己的物理内存，这完全由其支配。 但是，现实情况是物理内存是由操作系统管理的共享资源。
连贯性
操作系统中的另一个重要主题是
一致性 。 当涉及到在同一程序中同时处理许多事物时可能发生的系统问题时，可以使用该术语。 甚至在操作系统本身中也会出现一致性问题。 在前面有关内存和处理器虚拟化的示例中，我们意识到操作系统同时管理许多事务-它开始第一个过程，然后开始第二个过程，依此类推。 事实证明，这种行为可能导致一些问题。 因此，例如，现代的多线程程序遇到了这样的困难。
考虑以下程序：
主函数中的程序使用
Pthread_create（）调用创建两个线程。 在此示例中，线程可以被认为是在其他功能之后的同一内存空间中运行的功能，并且同时启动的功能数量显然不止一个。 在此示例中，每个线程启动并执行
worker（）函数，
该函数
依次简单地递增变量。使用参数1000运行该程序。您可能已经猜到了，结果应该是2000，因为每个线程将变量递增1000次。 但是，一切并非如此简单。 让我们尝试以重复次数多一个数量级的方式运行程序。
通过输入一个数字（例如100000），我们期望在输出上看到200000，但是，多次运行该数字100000，我们不仅看不到正确答案，而且会得到不同的错误答案。 答案在于以下事实：要增加数量，需要执行三个操作-从内存中提取数量，递增，然后再写回。 由于并非自动执行所有这些指令（全部同时执行），因此可能会发生此类奇怪的事情。 这个问题称为
竞争条件编程-
竞争条件 。 如果未知时刻的未知力量会影响您的任何操作的性能。