3.性能之巅 洞悉系统、企业与云计算 --- 操作系统
3.1 术语3.2 背景3.2.1 内核内核管理者cpu调度，内存，文件系统，网络协议，以及系统设备(磁盘，网络接口等)。通过系统调用提供访问设备和内核服务的机制。内核执行：内核的执行主要是按需的。例如，当用户级别的程序发起一次系统调用，或者设备发送一个中断时，一些内核线程会异步的执行一些系统维护工作。时钟：经典的unix内核的一个核心组件是 clock() 例程，从一个计时器中断执行。历史上它每秒执行的次数为 60100或者1000次，每次执行称为一次tick。功能包括更新系统时间，计时器和线程调度时间片的到时结束，维护cpu统计数据，以及执行callout(内核调度例程)。内核态：内核是唯一运行在特殊cpu模式的程序，这一特殊的cpu模式叫做内核态。无论是用户态还是内核态，都有自己的软件执行上下文，包括栈和寄存器。这些状态切换上下文是会耗时的(cpu周期)。3.2.2 栈栈用函数和寄存器的方式记录了线程的执行理事。当函数被调用的时候，cpu当前的寄存器组(保存cpu状态)会存放在栈里，在顶部会为线程的当前执行添加一个新的栈帧。函数通过调用cpu指令"return"终止执行，从而清除当前的栈，执行会返回到之前的栈，并恢复相应的状态。如何读栈：栈的顶部通常出现在第一行。从左到右，分别是 内核模块的位置(kernel)，指令的偏移量(0x1，这里指的是函数内指令的地址)。父函数在下面，从上往下阅读栈。用户栈和内核栈：在执行系统调用的时候，一个进程的线程有两个栈：一个用户级别的栈和一个内核级别的栈。3.2.2 中断和中断线程除了响应系统调用外，内核也要响应设备的服务请求，这称为中断，它会中断当前的执行。中断服务程序需要通过注册来处理设备中断。这类程序的设计要点是需要运行的尽可能快，以减少对活动线程中断的影响。如果中断要做不少工作，尤其是还可能被锁阻塞，那么最好用中断线程来处理，由内核来调度。3.2.4 中断优先级中断优先级(IPL)表示的是当前活跃的中断服务程序的优先级。3.2.5 进程 进程是用以执行用户级别程序的环境。进程创建：正常情况下通过系统调用 fork() 来创建。fork() 用自己的进程号创建自身进程的一个复制，然后通过系统调用 exec() 才能开始执行不同的程序。进程生命周期：idle, ready to run, on-proc, sleep, zombieon-proc 是指进程运行在处理器上。ready-on-run 是指进程可以运行，但是还在cpu的运行队列里等待cpu。IO阻塞，让进程进入sleep状态直到IO完成进程被唤醒。zombie状态发生在进程终止，这时进程等待自己的状态被父进程读取，或者直至被内核清楚。3.2.6 系统调用 系统调用请求内核执行特权的系统例程。3.2.7 虚拟内存 虚拟内存是主存的抽象，提供进程和内核，它们自己的近乎是无穷的和私有的主存视野。它还支持主存的超额使用，如果需要，操作系统可以将虚拟内存在主存和二级存储(磁盘)之间映射。3.2.8 内存管理 当虚拟内存用二级存储作为主存的扩展时，内核会尽力保持最活跃的数据在主存中。有以下两个内核例程做这件事：1.交换，让整个进程在主存和二级存储之间做移动2.换页，移动称为页的小的内存单元(4kb)3.2.9 调度器unix及其衍生的系统都是分时系统，通过划分执行时间，让多个进程同时运行。1.cpu密集型应用程序执行繁重的计算。2.IO密集型应用程序执行IO，计算不多，这些都需要 低延时的响应。3.2.10 文件系统 文件系统是作为文件和目录的数据组织。VFS:虚拟文件系统(vfs)，是一个对文件系统类型做抽象的内核界面。IO栈：基于存储设备的文件系统，从用户级软件到存储设备的路径被称为IO栈。3.2.11 缓存 3.2.12 网络 连接网络的物理设备是网络接口，一般使用网络接口卡(NIC)。3.2.13 设备驱动 设备驱动是用于设备管理和设备IO的内核软件。3.2.14 多处理器 3.2.15 抢占 3.2.16 资源管理 3.2.17 观测性3.3 内核 3.3.1 UNIX3.3.2 基于Solaris3.3.3 基于Linux 3.3.4 差异
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