计算机系统基本概念

系统软件

用于管理计算机本身的软件称为系统软件,可以分成两块:

一块是平台性的,如操作系统内核、驱动、运行库;

另外一块是用于程序开发的,如编译器、汇编器、链接器。


软件体系架构

软件体系架构

计算机中的主要资源

CPU

不要让CPU空闲

多道程序:通过监控程序使CPU不空闲,一空闲,就把等待着的程序启动(策略粗糙,不分轻重)。

分时系统:部分系统调用时,OS判断是否有其他程序在等待,有就让出CPU。(问题:如果有1个程序进行耗时运算或陷入无限循环,不进行系统调用,OS就好像死机了一样。

多任务系统:通过抢占式分配CPU。所有应用程序以进程的方式,运行在比OS权限低的级别。CPU由OS进行分配,每个进程有优先级。OS将CPU执行的进程快速切换,造成了很多进程同时运行的假象。

存储(磁盘+内存)

磁盘

物理磁盘分为多个盘片,每个盘片2个盘面,每面按同心圆分为若干磁道,每个磁道分为若干扇区,每个扇区一般存储512字节数据。

硬盘g

现代磁盘已经演进为 => 屏蔽了复杂的硬件细节,通过LBA(Logical Block Address),对整个磁盘的扇区从001进行编号

内存

早期,各程序是直接运行在物理内存上的,

因此带来了3个问题:

  1. 进程间地址空间不隔离,程序间可以相互改写数据

  2. 内存使用效率低,进程需要连续大小的内存,导致内存碎片

  3. 程序运行地址不确定,导致函数重定位困难

为此提出过2个解决方案:

  1. 分段:提出了每个进程独自的虚拟地址,通过页表与物理地址间进行映射
分段映射

这个方案解决了问题1、3,但是没有解决连续内存的问题,于是提出了方案2。

  1. 分页:在方案1的基础上,将虚拟内存分页(每页4kb)、物理内存分帧(每帧也是4kb),然后将页帧间进行映射

    分页映射

    ps.内存中每个地址可容纳1个byte的数据

    分页之后其他问题:单进程的最大虚拟地址4GB(32位OS),物理内存最大4GB,会导致多进程运行时,物理内存可能会不够用。

    解决方法:将进程中使用次数少的数据映射到磁盘

  2. 虚拟内存分段:在进程的虚拟内存中,会根据数据类型进行分段管理。

虚拟内存地址分配

IO设备


线程

因多核CPU的发展而诞生

轻量级进程,程序执行流的最小单元

每个进程由1~3个线程组成,会共享进程的text、data、heap段中的数据,寄存器和栈中的数据不共享

线程有三种状态:

  • 运行

  • 就绪:可以立即运行,但是当前无空闲CPU

  • 等待:等待IO,无法执行

每个线程拥有一段可执行的时间,称为时间片

线程状态切换

调度

优先级调度 + 轮转法

每个线程有优先级,高优先级的线程更早被分配时间片。

线程可分为IO密集型线程(经常IO主动放弃时间片)和CPU密集型线程(很少等待IO,一直在进行运算),

其中IO密集型线程更容易获得优先级的提升。

导致的问题:进程饿死,优先级过低的线程,始终分配不到时间片,无法执行。

解决:等待过久的线程将获得优先级提升。

备注

Linux下不存在真正意义上的线程概念,都称为任务(task)。但是不同的任务间可以共享内存空间,构成同一个进程,这些任务也就成了这个进程里的线程。

©著作权归作者所有,转载或内容合作请联系作者
  • 序言:七十年代末,一起剥皮案震惊了整个滨河市,随后出现的几起案子,更是在滨河造成了极大的恐慌,老刑警刘岩,带你破解...
    沈念sama阅读 217,277评论 6 503
  • 序言:滨河连续发生了三起死亡事件,死亡现场离奇诡异,居然都是意外死亡,警方通过查阅死者的电脑和手机,发现死者居然都...
    沈念sama阅读 92,689评论 3 393
  • 文/潘晓璐 我一进店门,熙熙楼的掌柜王于贵愁眉苦脸地迎上来,“玉大人,你说我怎么就摊上这事。” “怎么了?”我有些...
    开封第一讲书人阅读 163,624评论 0 353
  • 文/不坏的土叔 我叫张陵,是天一观的道长。 经常有香客问我,道长,这世上最难降的妖魔是什么? 我笑而不...
    开封第一讲书人阅读 58,356评论 1 293
  • 正文 为了忘掉前任,我火速办了婚礼,结果婚礼上,老公的妹妹穿的比我还像新娘。我一直安慰自己,他们只是感情好,可当我...
    茶点故事阅读 67,402评论 6 392
  • 文/花漫 我一把揭开白布。 她就那样静静地躺着,像睡着了一般。 火红的嫁衣衬着肌肤如雪。 梳的纹丝不乱的头发上,一...
    开封第一讲书人阅读 51,292评论 1 301
  • 那天,我揣着相机与录音,去河边找鬼。 笑死,一个胖子当着我的面吹牛,可吹牛的内容都是我干的。 我是一名探鬼主播,决...
    沈念sama阅读 40,135评论 3 418
  • 文/苍兰香墨 我猛地睁开眼,长吁一口气:“原来是场噩梦啊……” “哼!你这毒妇竟也来了?” 一声冷哼从身侧响起,我...
    开封第一讲书人阅读 38,992评论 0 275
  • 序言:老挝万荣一对情侣失踪,失踪者是张志新(化名)和其女友刘颖,没想到半个月后,有当地人在树林里发现了一具尸体,经...
    沈念sama阅读 45,429评论 1 314
  • 正文 独居荒郊野岭守林人离奇死亡,尸身上长有42处带血的脓包…… 初始之章·张勋 以下内容为张勋视角 年9月15日...
    茶点故事阅读 37,636评论 3 334
  • 正文 我和宋清朗相恋三年,在试婚纱的时候发现自己被绿了。 大学时的朋友给我发了我未婚夫和他白月光在一起吃饭的照片。...
    茶点故事阅读 39,785评论 1 348
  • 序言:一个原本活蹦乱跳的男人离奇死亡,死状恐怖,灵堂内的尸体忽然破棺而出,到底是诈尸还是另有隐情,我是刑警宁泽,带...
    沈念sama阅读 35,492评论 5 345
  • 正文 年R本政府宣布,位于F岛的核电站,受9级特大地震影响,放射性物质发生泄漏。R本人自食恶果不足惜,却给世界环境...
    茶点故事阅读 41,092评论 3 328
  • 文/蒙蒙 一、第九天 我趴在偏房一处隐蔽的房顶上张望。 院中可真热闹,春花似锦、人声如沸。这庄子的主人今日做“春日...
    开封第一讲书人阅读 31,723评论 0 22
  • 文/苍兰香墨 我抬头看了看天上的太阳。三九已至,却和暖如春,着一层夹袄步出监牢的瞬间,已是汗流浃背。 一阵脚步声响...
    开封第一讲书人阅读 32,858评论 1 269
  • 我被黑心中介骗来泰国打工, 没想到刚下飞机就差点儿被人妖公主榨干…… 1. 我叫王不留,地道东北人。 一个月前我还...
    沈念sama阅读 47,891评论 2 370
  • 正文 我出身青楼,却偏偏与公主长得像,于是被迫代替她去往敌国和亲。 传闻我的和亲对象是个残疾皇子,可洞房花烛夜当晚...
    茶点故事阅读 44,713评论 2 354