1.2-操作系统

1.2 操作系统

无论是shell程序还是hello程序，都没有直接访问键盘、显示器、磁盘等硬件设备，真正操控硬件的是操作系统，可以把操作系统看成是应用程序和硬件之间的中间层，所有应用程序对硬件的操作必须通过操作系统来完成

为了实现上述功能，操作系统引入了一些抽象的概念，例如：文件是对IO设备的抽象，虚拟内存是对内存和磁盘的抽象，进程是对处理器、内存以及IO的抽象

1.2.1 进程

程序在现代系统上运行时，操作系统会提供一种假象，就好像系统上只有这个程序在运行，程序看上去是独占地使用处理器、内存和IO设备，处理器看上去就像在不间断地执行程序中的指令，即该程序的代码和数据是系统内存中唯一的对象。这种假象是通过进程的概念来实现的

假设示例场景中只有两个并发的进程，shell进程和hello进程，最开始只有shell进程在运行，即shell在等待命令行的输入，当我们通过shell进程加载hello进程时，shell进程通过系统调用来执行我们的请求，系统调用会将控制权由shell进程传递给操作系统，操作系统保存shell进程的上下文context，然后创建一个新的hello进程以及上下文，然后将控制权转交给hello进程，hello进程执行完之后，操作系统就会恢复shell进程的上下文，并将控制权交给shell进程，之后shell进程继续等待下一个命令的输入

上下文：操作系统会跟踪进程运行中所需要的所有状态信息，这种状态就是上下文，例如当前PC和寄存器的值，以及内存中的内容等

1.2.2 虚拟内存

虚拟内存为每个进程提供了一个假象，就是每个进程都在独自占用整个内存空间，称之为虚拟内存空间

1. 从下往上，第一个区域是用来存放程序运行的代码和数据，这个区域的内容是从可执行目标文件中加载而来的，对于所有的进程，代码都是从固定的地址开始，全局变量就是放在这个区域

2. 再往上是堆，程序中由malloc申请的空间就在这个区域，堆可以在运行时动态地扩展和收缩

3. 接下来是共享库的存放区域，主要存放像C语言标准库和数学库这种共享库的代码和数据

4. 继续往上是用户栈，栈的增长方向是从高地址到低地址

5. 最顶部是为内核保留的区域，应用程序不能读写这个区域的数据，对应用程序是不可见的