我们的小小系统也有风光的时刻.PDF

我们的小小系统也有风光的时刻 操作系统 每一个智能设备和计算机系统中都隐藏着这么一类软件 它们控制着处理信息 管理资源以及与 显示屏 网络 磁盘和打印机等设备通信的工作 总的来说 这些进行控制和协调工作的代码通常叫 做执行器 监视器 任务管理器 或者内核 而我们将使用一个更宽泛的术语操作系统 计算机操作系统是人类创造的最复杂的物体之一 计算机操作系统允许多个计算进程和用户同时 共享一个 保护数据免受未经授权的访问 并保持独立输入输出 设备的正确运行 操作 系统提供的高级服务都是通过向复杂的硬件发送一系列详细的命令实现的 有趣的是 操作系统并不 是从外部控制电脑的独立机制它还包括一些软件 这些软件由执行应用程序的同一处理器执行 事实上 当处理器运行应用程序的时候 处理器是不能执行操作系统的 反之亦然 保证操作系统总在应用程序运行结束后重新夺回控制权的安排机制使得操作系统的设计变得非常 复杂 操作系统最令人印象深刻的方面来自于服务和硬件之间的不同 操作系统在低级的硬件上提供 高级服务 随着本书内容的推进 读者就会理解系统软件处理像串行接口这样简单的设备需要做的事 情 而其中的哲学原理很简单 操作系统应该提供让编程更加容易的抽象 而不是反映底层硬件设备 的抽象 因此 我们得出结论 设计操作系统时 应该隐藏底层的硬件细节 并创建一个为应用程序提供高级服务的抽 象机器 操作系统的设计并不是人们所熟知的工艺 最初 由于计算机的缺乏和价格的昂贵 只有少数程 序员有从事操作系统相关工作的机会 而现在 由于先进的微电子技术降低了制造成本使得微处理器 不再昂贵 操作系统便成为一种商品 与此同时也只有少数程序员从事操作系统方面的工作 有趣的 是 由于微处理器变得非常便宜 大多数电子设备都是从可编程处理器构建得到 而不是从离散的逻 辑构建得到 因此 设计与实现微机和微控制器的软件系统不再是专家的专利 它已成为一个称职的 系统程序员必须能胜任的技术 幸运的是 随着生产新机器的技术的发展 我们对于操作系统的理解也在不断提高 研究人员已 经找出了根本问题 制定了设计原则 定义了基本的组件 并设计了组件一起工作的机制 更重要的 是 研究人员还定义了一系列的抽象 如文件和当前进程 这些抽象对于所有的操作系统都是相同 的 并且已经找到了实现这些抽象的有效方式 最后 我们知道了如何将操作系统的不同组件组织成 一个有意义的系统设计与实现 同早期系统相比 现代操作系统是简洁的 可移植的 设计良好的系统都遵循着将软件分割成一 系列基本组件的基本设计模式 因此 现代系统就变得更容易理解和修改 相比早期的系统其处理开 销也比较小 供应商出售的大型商业操作系统通常包括很多额外的软件组件 例如 一个典型的操作系统软件 发行版包括编译器 连接器 装载程序 库函数和一系列的应用程序 为了区分这些额外的软件和一 个基本的操作系统 我们有时会用内核指代常驻在内存中并且提供诸如并发进程支持等关键性服务的 代码 在本书中 操作系统这个术语指的就是内核 而不包括其他附加的功能 一个最小化内核功能 的设计有时称为微内核设计 我们的讨论就将集中在微内核上 本书的研究方法 本书讲解了如何构建 设计并且实现操作系统的内核 书中使用了工程学方法 而不是仅仅罗列 第章 引言和概述 操作系统的特性和抽象地对其进行描述 这种方法向我们展示了每一个抽象是如何建立的 以及如何