系列文章目录

文章目录

系列文章目录
前言
九、操作系统状态机模型（系统加载）
- 软件和硬件的桥梁
- 操作系统状态机模型
十、状态机模型的应用
- 查看状态机执行
总结

前言

九、操作系统状态机模型（系统加载）

软件和硬件的桥梁
操作系统的加载和初始化
AbstractMachine代码导读
__

LabOS
- 熟悉代码框架
- 多处理器上的kalloc/free
- 中断和异常驱动的上下文（线程）切换
- 虚拟地址空间、用户态进程和系统调用
- 虚拟文件系统。devfs, procfs, 简单的文件系统；ELF加载器

如果一个人在未经训练的情况下就能把某件事情做的很好，证明他在某件事情上很有“天赋”，但是和接受过专业训练的人依然存在不小的差距。
--------------
“专业世界观”的学习方法（没啥，paper都发不了）：

经典研究论文（OSDI, SOSP, ATC, EuroSys, …）
久经考验的经典教学材料（xv6, OSTEP, CSAPP, …）
海量的开源工具（GNU系列，qemu, gdb, …）
第三方资料，慎用（tutorials, osdev wiki, … 可能这些不能保证100%准确）

软件和硬件的桥梁

参考单片机在按下reset后cpu从某个固定的位置开始执行命令。

电路reset后cpu寄存器有个初始状态（具体值需要查阅厂家手册），从一个固定地址开始执行命令。只需要在这个地上写入命令就可以了。

CPU reset后，处理器处于某个确定的状态
- PC指针一般指向一段memory-mapped ROM
  - ROM存储了厂商提供的firmware（固件）
- 处理器的大部分特性处于关闭状态
  - 缓存、虚拟存储、…
Firmware（固件，厂商提供的代码）
- 将用户数据加载到内存
  - 例如存储介质上的第二级loader(加载器)
  - 或者直接加载操作系统(嵌入式系统)

cpu reset 后:

从PC（CS ： IP）指针处取指令、译码、执行…
从firmware开始执行。FFFF0通常是一条指向firmware跳转的指令

Firmware: BIOS vs. UEFI

都是主板/主板上外插设备的软件抽象
- 支持系统管理程序运行
Legacy BIOS (Basic I/O System)
UEFI (Unified Extensible Firmware Interface)
firmware是由硬件厂商提供的软件，称为固件
- Legacy BIOS 把第一个可引导设备的第一个扇区加载到物理内存的7c00位置
  - 此时处理器处于16-bit模式
  - 规定CS:IP = 0x7c00
  - 其他没有任何约束
  - 将启动磁盘前512字节的数据加载到内存对应位置(0x7c00)，如果最后两个字节为AA55则认为是启动磁盘
它负责将硬盘中固定位置的代码段搬到内存中7c00的位置，然后这段代码再执行其他操作（内存中7c00代码就是磁盘前512字节的内容，由BIOS加载）然后这段代码相当于boot loader把OS的代码搬运到内存（实际上有多级加载器）

模拟CPUreset调试方案：QEMU

Firmware的另一用处：

放置一些“绝对安全的代码”
- BIOS中断（字符的打印）
- ARM Trusted Firmware
  - Boot-Level 1,2,3.1,
  - U-Boot: the universal boot loader

今天的Firmware:UEFI

操作系统状态机模型

Firmware和boot loader共同完成“操作系统的加载”

初始化全局变量和栈；分配heap
为main函数传递参数

AbstractMachine API

十、状态机模型的应用

编译器：源代码S(状态机) -> 二进制码U(状态机)
C = compile(S)

现代CPU：
instruction-level parallelism
在一个时钟周期内执行不止一条、乱序的执行，只要保证最终状态相同即可
IPC>1，每个时钟周期执行多条指令

#include <stdio.h>
#include <time.h>const unsigned long LOOP = 1000000000ul;__attribute__((noinline)) void loop()
{for (long i = 0; i < LOOP; ++i) {asm volatile("mov $1, %%rax;""mov $1, %%rdi;""mov $1, %%rsi;""mov $1, %%rdx;""mov $1, %%rcx;""mov $1, %%r10;""mov $1, %%r8;""mov $1, %%r9;":::"rax", "rdi", "rsi", "rdx", "rcx", "r10", "r8", "r9");}
}int main()
{clock_t st = clock();loop();clock_t ed = clock();double inst = LOOP * (8 + 2) / 1000000000;double ips  = inst / ((ed - st) * 1.0 / CLOCKS_PER_SEC);printf("%.2lfG instructions/s\n", ips);  // CPU:
}