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建设微信商城网站,wordpress 主题背景修改,广告海报创意设计,更合网站开发场景/操作由操作系统完成#xff08;OS的责任#xff09;不由操作系统完成#xff08;易混淆点#xff09;备注/易混淆点说明中断相关操作1. 中断响应后的现场保护#xff08;将PSW、PC等压入系统栈#xff09;。2. 分析中断原因#xff0c;并转入相应的中断处理程序。3…场景/操作由操作系统完成OS的责任不由操作系统完成易混淆点备注/易混淆点说明中断相关操作1.中断响应后的现场保护将PSW、PC等压入系统栈。2.分析中断原因并转入相应的中断处理程序。3.执行中断服务例程如设备驱动、系统调用处理。4.中断返回前的现场恢复并可能进行进程调度。1.中断信号的触发由硬件设备或CPU异常自动产生。2.硬件自动完成的第一步硬件自动保存断点PC和状态PSW到核心栈。3.用户程序直接处理中断不可能中断处理全程为核心态。关键分界线硬件负责检测和初始响应保存最小现场转入内核态。OS负责识别、执行完整处理和恢复。整个中断处理过程在核心态下进行。终止进程时1.回收进程所占用的所有资源内存、文件、I/O设备等。2.更新系统数据结构将进程状态改为“终止”从就绪/阻塞队列移除并可能通知其父进程。3.销毁进程控制块PCB最终释放PCB存储空间。4.进行进程调度选择下一个要运行的进程。1.进程自己执行“退出”操作如调用exit()系统调用。这是进程自身行为但该调用会陷入内核将控制权交给OS2.释放其用户地址空间内的内存此释放操作由OS的内存管理模块执行不属于进程自己的能力。易混淆进程发起终止但资源回收和清理工作必须由OS完成。进程无法自行从系统级数据结构中彻底抹去自己。补充终止子进程不是OS在终止进程时的必需操作。通常子进程由init进程接管除非显式设置父子联动终止。进程发起终止但资源回收和清理必须由OS完成。子进程通常成为孤儿进程被init进程收养而非随父进程强制终止支持页式存储的进程切换时1.保存旧进程的上下文通用寄存器、状态等PC和SP属于上下文的一部分到其PCB。2.更新内存管理数据结构将旧进程的页表指针如CR3寄存器保存到PCB将新进程的页表指针加载到MMU。3.处理TLB相关事宜可选地刷新整个TLB或使用ASID标记避免刷新。4.切换内核栈更新当前进程PCB指针。5.恢复新进程的上下文并开始执行。1.具体的地址转换过程由MMU硬件完成查找页表、检查权限、形成物理地址。2.缺页异常/页面错误的检测由MMU硬件在转换过程中发现无效位、权限不符时触发。3.TLB的查找与填充由MMU硬件自动完成OS负责在页表变更后维护TLB一致性。核心分工-OS管理页表内容、决定谁用物理页、在切换时告诉硬件用哪套页表-硬件MMU使用OS设置的页表自动进行虚拟到物理的转换。易错点认为“切换页表”或“处理缺页”是纯OS行为。实际上缺页是由硬件触发的中断OS响应并处理。进程终止OS确保资源回收和系统状态一致性但不保证子孙进程的连带终止。这是“孤儿进程”机制的基础。进程切换含页式必须保存/恢复完整硬件上下文包括PC、SP、PTBR等以及管理地址空间映射的切换。这属于OS的底层调度职责。考察了OS职责的边界与确定性哪些是OS必须做的资源管理、上下文切换哪些是OS不一定做的如终止子进程分界线原则硬件负责具体执行和自动检测执行指令、触发中断、地址转换操作系统负责管理、决策和复杂处理资源管理、调度、异常处理程序。特权级原则凡是需要访问或修改系统核心数据结构如PCB链表、页表、设备队列的操作都必须由在核心态下运行的操作系统完成。用户进程用户态无法直接操作。页式存储相关务必分清“页表管理”OS和“地址转换”硬件。进程切换时OS只是切换了页表基址寄存器后续无数次的地址转换都是MMU自动完成的。进程终止进程可以自愿结束生命调用exit但不能亲自料理自己的后事。资源回收、注销身份PCB必须由“殡葬师”OS来完成。场景/操作由操作系统完成OS的责任不由操作系统完成易混淆点核心考点与易混淆点说明系统调用执行过程1.陷入处理接收用户程序的软中断/陷入指令切换到核心态。2.参数验证与传递检查用户传递的参数合法性从用户栈复制到内核栈。3.执行内核服务例程根据系统调用号查找并执行对应的内核函数如文件读写、进程创建等。4.返回结果将执行结果或错误码返回给用户程序并恢复用户态执行。1.发起系统调用由用户程序通过库函数如read()调用最终执行int 0x80或syscall等指令触发陷入。2.库函数包装标准库如C库提供的封装函数不属于OS内核但常与系统调用混淆。关键分界用户程序请求服务OS验证并执行服务。整个系统调用处理在核心态进行。陷阱指令是硬件行为但陷入后的处理是OS责任。动态内存分配用户态1.维护进程的堆空间通过brk/sbrk系统调用调整进程数据段结束地址堆顶。2.提供内存分配系统调用如mmap可用于映射大块内存或文件。3.内核级的物理内存管理为进程分配/回收物理页框。1.用户态内存分配器的管理如malloc/free的实现在glibc等库中管理用户堆空间内的空闲块链表等。这些运行在用户态不属于OS内核。2.具体的堆内内存使用与释放由程序员或垃圾回收器如Java GC在用户态决定。经典混淆malloc/free是库函数不是系统调用。它们使用OS提供的brk/mmap等系统调用来获取/释放内存但日常的分配/释放管理在用户态完成。页面置换缺页处理中1.选择被置换的页面执行页面置换算法如LRU、CLOCK选择牺牲页。2.页面写回若牺牲页被修改脏页安排将其写回磁盘。3.更新页表将牺牲页的页表项置为无效新页的页表项填入物理页框号并设为有效。4.从磁盘调入所需页面启动磁盘I/O将所需页面读入内存空闲帧。1.缺页异常的检测由MMU硬件在地址转换时发现页表项无效位1触发。2.具体的磁盘I/O操作由磁盘控制器硬件执行OS仅发出I/O命令。3.TLB更新当OS修改页表后需要使TLB中对应项无效这个使无效命令由OS发出但TLB硬件的具体刷新由硬件完成。重要考点整个缺页处理是中断响应过程由硬件触发OS处理。页面置换算法是OS实现的决策逻辑。注意区分“选择置换谁”OS算法和“具体换入换出操作”OS发起I/O硬件执行。设备管理I/O操作1.设备驱动程序提供统一的设备操作接口将OS请求转换为设备控制命令。2.I/O调度对磁盘等设备的I/O请求进行排序如电梯算法以提高性能。3.缓冲区管理在内核空间设立缓冲区减少设备I/O次数解决速度不匹配。4.设备分配与回收跟踪设备状态分配设备给进程避免冲突。1.具体的I/O命令执行由设备控制器硬件执行如磁盘旋转、磁头移动、数据读写。2.DMA传输的控制OS设置DMA控制器的参数内存地址、传输长度等但数据传输本身由DMA硬件完成无需CPU干预。3.用户程序的I/O请求用户程序调用库函数最终通过系统调用请求I/O。核心思想OS管理设备提供抽象接口处理缓冲、调度等高级功能。硬件执行具体操作。DMA传输中OS负责初始化和善后传输过程硬件独立完成。文件系统操作如打开文件1.路径名解析将路径名分解逐级查找目录找到文件控制信息如inode。2.权限检查检查进程是否有权限访问该文件。3.分配文件描述符和打开文件表项在进程和系统级打开文件表中创建条目维护文件打开状态。4.管理文件控制块如inode维护文件元数据权限、大小、位置等。1.磁盘块的读写具体的数据读写由磁盘驱动程序、磁盘控制器硬件完成。2.用户程序的文件操作调用如fopen、read等库函数它们封装系统调用。3.目录文件的存储格式虽然格式由OS设计但目录文件本身的存储和读写与其他文件一样依赖底层存储设备。易错点路径解析、权限检查等是OS在打开文件过程中必须完成的。文件数据内容本身并不在“打开”时全部读入内存。文件描述符是OS管理的进程资源。进程同步如信号量操作1.提供同步原语如信号量、管程的实现保证这些原语的原子性执行。2.维护等待队列当进程阻塞在信号量上时OS将其放入等待队列并切换进程。3.进程调度切换在P操作导致阻塞、V操作唤醒等待进程时OS执行调度程序。1.用户程序中的同步逻辑程序员决定在哪里使用P/V操作以及信号量的初始值。2.硬件原子指令信号量底层依赖硬件提供的原子指令如Test-and-Set来实现但这些指令只是工具完整的同步机制由OS利用这些工具构建。关键区分信号量本身是一个内核对象通常其P/V操作是系统调用或由OS支持的原子操作。OS负责管理等待队列和进程状态变更。硬件仅提供最底层的原子读-修改-写指令。进程通信如消息传递1.维护通信通道如消息队列、管道、共享内存区的内核数据结构。2.保证通信的同步与互斥协调发送与接收进程处理阻塞与唤醒。3.内核中的消息复制在内核缓冲区中暂存消息从发送进程地址空间复制到接收进程地址空间对于消息队列。1.共享内存的用户态访问一旦OS建立了共享内存映射进程可以直接在用户态读写该内存区域无需OS干预每次访问。2.用户程序的通信逻辑谁发送、谁接收、发送什么内容由应用程序决定。重要区别消息传递通常涉及内核作为中转复制而共享内存则只在内核建立映射后续访问无内核参与。管道是内核维护的缓冲区其读写涉及系统调用和内核复制。启动过程从加电到用户界面1.内核初始化初始化各种内核数据结构进程表、文件系统等探测硬件设备并初始化驱动程序。2.启动init进程创建第一个用户进程如/sbin/init进而启动整个用户空间的服务和登录界面。3.提供系统服务启动后OS持续处理系统调用、中断调度进程管理资源。1.BIOS/UEFI固件执行硬件自检加载引导扇区Bootloader。2.Bootloader如GRUB不属于OS内核负责加载OS内核镜像到内存并将控制权交给内核入口点。3.用户空间初始化脚本和服务由init进程按配置启动如/etc/init.d中的脚本这些属于用户态程序。经典启动顺序BIOS/UEFI → Bootloader → OS内核初始化 → init进程 → 用户shell/图形界面。OS内核的初始化是其责任的开始之前的步骤属于固件和引导程序。特权级与分界线牢记用户态与核心态的界限。需要访问硬件资源或修改核心数据结构时必须通过OS在核心态完成。硬件与OS的协作模式通常是硬件检测/触发 → OS处理/决策 → 硬件执行。例如缺页硬件检测→ OS选择置换页 → 磁盘I/O硬件执行。库函数 vs 系统调用库函数可能封装系统调用也可能完全在用户态实现如malloc管理堆内存。系统调用是明确的用户态到核心态的接口。OS的核心角色是“管理者”和“抽象提供者”管理CPU调度、内存分配/置换、设备驱动/缓冲、文件命名/组织。它不直接执行具体计算或I/O操作而是安排和控制这些操作。进程与资源OS是资源的唯一管理者进程是资源分配的单位。任何资源的获取、释放、共享都必须经过OS。