2.5w字 + 36 张图爆肝操作系统面试题,太牛逼了! (2)

操作系统通常预装在你购买计算机之前。大部分用户都会使用默认的操作系统,但是你也可以升级甚至更改操作系统。但是一般常见的操作系统只有三种:Windows、macOS 和 Linux

为什么 Linux 系统下的应用程序不能直接在 Windows 下运行

这是一个老生常谈的问题了,在这里给出具体的回答。

其中一点是因为 Linux 系统和 Windows 系统的格式不同,格式就是协议,就是在固定位置有意义的数据。Linux 下的可执行程序文件格式是 elf,可以使用 readelf 命令查看 elf 文件头。

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而 Windows 下的可执行程序是 PE 格式,它是一种可移植的可执行文件。

还有一点是因为 Linux 系统和 Windows 系统的 API 不同,这个 API 指的就是操作系统的 API,Linux 中的 API 被称为系统调用,是通过 int 0x80 这个软中断实现的。而 Windows 中的 API 是放在动态链接库文件中的,也就是 Windows 开发人员所说的 DLL ,这是一个库,里面包含代码和数据。Linux 中的可执行程序获得系统资源的方法和 Windows 不一样,所以显然是不能在 Windows 中运行的。

操作系统结构 单体系统

在大多数系统中,整个系统在内核态以单一程序的方式运行。整个操作系统是以程序集合来编写的,链接在一块形成一个大的二进制可执行程序,这种系统称为单体系统。

在单体系统中构造实际目标程序时,会首先编译所有单个过程(或包含这些过程的文件),然后使用系统链接器将它们全部绑定到一个可执行文件中

在单体系统中,对于每个系统调用都会有一个服务程序来保障和运行。需要一组实用程序来弥补服务程序需要的功能,例如从用户程序中获取数据。可将各种过程划分为一个三层模型

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除了在计算机初启动时所装载的核心操作系统外,许多操作系统还支持额外的扩展。比如 I/O 设备驱动和文件系统。这些部件可以按需装载。在 UNIX 中把它们叫做 共享库(shared library),在 Windows 中则被称为 动态链接库(Dynamic Link Library,DLL)。他们的扩展名为 .dll,在 C:\Windows\system32 目录下存在 1000 多个 DLL 文件,所以不要轻易删除 C 盘文件,否则可能就炸了哦。

分层系统

分层系统使用层来分隔不同的功能单元。每一层只与该层的上层和下层通信。每一层都使用下面的层来执行其功能。层之间的通信通过预定义的固定接口通信。

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微内核

为了实现高可靠性,将操作系统划分成小的、层级之间能够更好定义的模块是很有必要的,只有一个模块 --- 微内核 --- 运行在内核态,其余模块可以作为普通用户进程运行。由于把每个设备驱动和文件系统分别作为普通用户进程,这些模块中的错误虽然会使这些模块崩溃,但是不会使整个系统死机。

MINIX 3 是微内核的代表作,它的具体结构如下

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在内核的外部,系统的构造有三层,它们都在用户态下运行,最底层是设备驱动器。由于它们都在用户态下运行,所以不能物理的访问 I/O 端口空间,也不能直接发出 I/O 命令。相反,为了能够对 I/O 设备编程,驱动器构建一个结构,指明哪个参数值写到哪个 I/O 端口,并声称一个内核调用,这样就完成了一次调用过程。

客户-服务器模式

微内核思想的策略是把进程划分为两类:服务器,每个服务器用来提供服务;客户端,使用这些服务。这个模式就是所谓的 客户-服务器模式。

客户-服务器模式会有两种载体,一种情况是一台计算机既是客户又是服务器,在这种方式下,操作系统会有某种优化;但是普遍情况下是客户端和服务器在不同的机器上,它们通过局域网或广域网连接。

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客户通过发送消息与服务器通信,客户端并不需要知道这些消息是在本地机器上处理,还是通过网络被送到远程机器上处理。对于客户端而言,这两种情形是一样的:都是发送请求并得到回应。

为什么称为陷入内核

如果把软件结构进行分层说明的话,应该是这个样子的,最外层是应用程序,里面是操作系统内核。

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