Morning~Sun.
0%

《Orange's：一个操作系统的实现》

发表于 更新于

　　真的是挺好的一本书，从最基础的boot一直讲到进程调度、文件系统、内存管理，最最重要的是每一步都能自己动手实践，不止理解了概念，还对过程有了自己的感性认识，这是别的操作系统书里很难有的。
　　经过这些，对计算机如何工作理解的更深刻了。CPU从硬盘中将文件读入到内存，数据和代码都存在在内存，因为涉及到保护之类的，这些内容按段分布，代码控制CPU的逻辑流向。中断让CPU能更及时且准确的处理外来任务。
　　学习操作系统最大的感受，一个是CPU如何跟各个外设进行交互，另一个就是事无巨细都要一点点去实现，要对整个系统完全掌控才心里有底。
　　目前我觉得学习操作系统的顺序应该是了解其中的几个基本概念：文件系统、内存管理、进程调度、中断机制，然后开始从boot了解，一步步串起来，才会在整个过程中不那么艰难，看完其实操作系统也就那么回事儿了。
　　这是对里边涉及到的一些概念的印象，还有待充实。
Orange's：一个操作系统的实现

  1. IA32 CPU的数据总体结构：
    CPU的数据结构
  2. GDT的作用是用来提供段式存储机制，这种机制是通过段寄存器和GDT中的描述符共同提供的。
  3. 描述符的种类：
  • 代码段描述符
  • 数据段描述符
  • 系统段描述符
  • 门描述符
  1. IA32的分段机制中，特权级共有4个级别，从高到低分别是0，1，2，3。数字越小表示的特权级越大
  2. 处理器通过识别CPL,DPL,RPL这3中特权级进行特权级检验
    CPL: current privilege level，当前执行的程序或任务的特权级。存储在cs和ss的第0位和第1位上。通常，CPL等于代码所在的段的特权级，当程序转移到不同特权级的代码段时，处理器将改变CPL。一致代码段可以被相同或者更低特权级的代码访问。当处理器访问一个与CPL特权级不同的一致代码段时，CPL不会被改变。
    RPL: requested privilege level.存储在段选择子的第0和第1位。处理器通过检查RPL和CPL来确认一个访问请求是否合法。RPL占主导。
    DPL: descriptor privilege level，表示段或者门的特权级。存储在段或门描述符的DPL字段。当当前代码段试图访问一个段或门时，DPL将会和CPL以及段或门选择子的RPL相比较，根据段或门类型的不同，DPL将会被区别对待：
  • 数据段：DPL规定了可以访问此段的最低特权级。
  • 非一致代码段（不使用调用门的情况下）：DPL规定访问此段的特权级。比如，一个非一致代码段的特权级为0，那么只有CPL为0的程序才能访问它。
  • 调用门：DPL规定了当前执行的程序或者任务可以访问此调用门的最低特权级。
  • 一致代码段和通过调用门访问的非一致代码段：DPL规定了访问此段的最高特权级。比如一个一致代码段的DPL是2，那么CPL为0和1的程序将无法访问此段。
  • TSS: DPL规定了可以访问此TSS的最低特权级。
  1. 程序控制转移的发生：jmp, call, ret, sysenter, sysexit, int n, iret，或者中断、异常
  2. jmp、call指令可以实现4种转移：
  • 目标操作数包含目标代码段的段选择子
  • 目标操作数指向一个包含目标代码段选择子的调用门描述符
  • 目标操作数指向一个包含目标代码段选择子的TSS
  • 目标操作数指向一个任务门，这个任务门指向一个包含目标代码段选择子的TSS
  1. 门描述符种类
  • 调用门 (call gates)
  • 中断门（interrupt gates）
  • 陷阱门（trap gates）
  • 任务门（task gates）
  1. 每个任务最多可能在4个特权级间转移，所以每个任务实际上需要4个堆栈，这时候需要TSS（task-state stack）来存储。
  2. 8259A芯片用于处理外部中断，可设置优先级，可屏蔽
  3. 一致代码段说明
  • 一致代码段是给低特权级执行高特权级代码提供的一条通道，没有这条通道，从低到高或者反过来都不能执行
  • 数据段都是非一致的，但是高的可以无条件访问低的数据段
  1. 系统一开始进入的是0，也就是最高特权级，往特权级低的方向移动使用ret，往高处移动使用call，一个任务最多会用到4个特权级，而TSS只是在低特权级到高特权级移动的时候才会用到，所以TSS只会保存前三个。
  2. 分页是CPU提供的功能，使用两个东西，PDE和PTE，一个PDE和相应的PTE组成一套对应关系，说明一种线性地址和物理地址的对应关系。逻辑地址到线性地址用到的是分段机制。
    线性地址提供的相当于一个胶水层，将上层应用（程序使用的逻辑地址）跟下层物理实现（CPU提供的物理地址）分割开来
    分页地址转换
    因为有多套不同的（PDE，PTE），所以形同的线性地址可能就对应不同的物理地址，这也就是常说的操作系统提供的统一内存空间。
  3. IDT的作用是将每一个中断向量和描述符对应起来。
  4. C调用约定：后面的参数先入栈，调用者负责清理堆栈。在处理可变参数时C调用约定表现良好，因为只有调用者知道此次调用包含了几个参数，于是可以方便清理堆栈
  5. 用到的芯片
  • 8259A：处理中断
  • 8253：PIT（programmable interval timer），可编程定时器
  1. 敲击键盘有两方面的含义：动作和内容。动作：按下、保持按住的状态、放开；内容：字母键、数字键、回车和其他键。
  2. tty设备跟普通文件的不同：1.怎样才算“输入结束”，是每次键盘敲击之后都算结束，还是等回车才算结束，或者其他；2. 是否要让文件系统等待输入过程结束。

于渊