绪论¶
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不同视角下的操作系统
我们将从应用、硬件、数学三个视角下去理解现代的操作系统
应用视角的操作系统¶
- Everything (高级语言代码、机器代码) 都是状态机；
计算机系统的状态机模型
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状态
- 内存、寄存器的数值
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初始状态
- 由系统设计者规定（CPU Reset）
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状态迁移
- 从PC取指令执行
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而编译器实现了两种状态机之间的翻译。
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无论何种状态机，在没有操作系统时，它们只能做纯粹的计算，甚至都不能把结果传递到程序之外
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而程序与操作系统沟通的唯一桥梁是系统调用 (例如 x86-64 的 syscall 指令)。
硬件视角的操作系统¶
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一句话：硬件根本不知道有没有操作系统，它只是个无情地执行指令的状态机
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这就涉及到计算机系统中的抽象，下层不需要知道上层怎么用
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硬件只干三件事情：执行指令，响应中断，输入输出
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那么此时操作系统其实就是一个普通的（二进制）程序
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接管了中断，I/O ...
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把应用程序"放"到CPU上运行
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固件¶
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Firmware 是存储在硬件设备中的一种特殊软件，直接嵌入到硬件芯片（如 ROM、EEPROM 或 Flash 存储器）中
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Firmware 是硬件的“灵魂”：没有固件，硬件只是一堆无法工作的硅片和电路。但这里我们主要关注计算机主板上的firmware，也就是我们常说的BIOS/UEFI
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BIOS（Basic Input/Output System）是传统 x86 电脑主板上的固件，负责开机自检、硬件初始化，并引导操作系统启动。
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新一代主板已用 UEFI（Unified Extensible Firmware Interface）取代传统 BIOS，但 UEFI 本质上仍是固件。
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硬件与操作系统的桥梁
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开机阶段：
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主板固件（BIOS/UEFI）检测 CPU、内存、硬盘等硬件是否正常。
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加载引导程序（如 GRUB），进而启动操作系统。
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运行时：
- 操作系统通过 Firmware 提供的接口（如 ACPI）控制电源管理、风扇转速等。
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硬件抽象层：
- Firmware 隐藏了硬件的具体细节（比如不同厂商的 SSD 控制器差异），操作系统只需调用统一接口。