操作系统还原真相阅读笔记（一）——答疑解惑

小灰灰 2022-08-21 08:46 214阅读 0赞

### 说明 ###

1、本书真是好书  
2、想到再补充

### 一、为什么库函数可以调用系统调用 ###

之前看APUE的时候看到的，exit（库函数）实现实际上还是调用了系统调用sys\_exit。按照常理来说，标准C库函数应该具有可移植性，为什么就能调用UNIX系统专用的系统调用呢？C语言编译器也是通用的啊，比如说这个exit函数我在VC下编译能不能通过呢？  
 这个问题其实一句话就大概解释清楚了，那就是C语言编译器提供库函数有一部分就是封装过的系统调用。这么说你可能还是有点蒙， 你还记不记得，安装编译器的时候需要选择系统，比如说GCC编译器就不能在windows下运行，VC也不能在Linux下运行。编译器根据不同的系统退出不不同的版本，因为编译器要使用系统的系统调用。

### 二、物理地址、线性地址、逻辑地址和虚拟地址 ###

之前我在学习操作系统的时候，这几个地址一直搞不清楚，相信你也有这个困扰吧。我们知道，计算机运行有两个模式， 实模式和保护模式。这几个地址我们就在这两个模式下区分。

#### 1、实模式 ####

首先，不管在什么模式下，物理地址都是内存的真实地址，CPU可以根据这个地址直接访问内存，这没什么好困惑的。其次，不管在什么模式下，地址写成段地址：偏移量这样的都被称为逻辑地址，逻辑地址是程序员在程序中使用的地址。这里你可能要问了，为什么我的程序中从来没写过地址呢？因为只有汇编这类的低级语言才会在程序中直接写地址，高级语言都是编译器来做这件事。  
 在实模式下，逻辑地址经过地址转换单元得到物理地址，CPU用物理地址直接访问内存。

#### 2、保护模式 ####

物理地址和逻辑地址的解释，上面实模式已经说过了，下来只要介绍线性地址和虚拟地址就可以了。  
 线性地址在保护模式下，指的就是逻辑地址经过地址转换单元得到的地址，如果开启了分页功能的话，线性地址又被称为虚拟地址，通过分页机制线性地址转换为物理地址。如果没有开启分页功能的话，这个线性地址就是CPU需要的物理地址。

总结来说就是，实模式下：地址分为逻辑地址和物理地址，逻辑地址通过地址转换机制转换为物理地址。在保护模式下：如果没有开启分页，逻辑地址通过地址转换单元转换为线性地址，该线性地址=物理地址；如果开启了分页功能，线性地址再通过分页机制转换为物理地址。

这里需要注意的是，我们说的地址转换机制的工作原理是：把段基址左移四位，然后加上偏移量。分页机制转换的原理：通过查找页表，得到该段基址对应的实际物理地址，然后加上偏移量，得到物理地址。**实际上，我们可以认为我们只是对段基址进行了许许多多的操作，偏移量并没有发生变化**。因此我们把偏移量称为，有效地址。

### 三、神奇的数字0x55和0xaa ###

有一个问题，启动的的时候BIOS如何知道计算机都连接了那些外设呢？要想明白这个问题，要先明白CPU如何访问外设。  
 CPU访问外设有两种方式：内存映射和IO端口映射。端口映射这种方式就是通过in/out指令操作IO端口来达到操作外设的目的。内存映射方式就是把外设的存储中的内容映射到CPU存储中来（不是很明白映射到哪里），作为存储空间的一部分，CPU只是操作这些空间就可以操作外设。  
 内存映射这种方式，映射了很多外设的调用历程和初始化代码，每一个代码最后两个字节都是0x55和0xaa。启动的时候BIOS循环扫描映射的这段内存，只要发现了0x55和0xaa就说明这里有一个可运行的外设的调用例程。  
 至于为什么这个“有魔力”的数字要选择称为0x55和0xaa，我我提出一个猜测，但是并没有找到任何资料佐证的猜测。0x55 的二进制形式是01010101，而0xaa的二进制形式是10101010，这两串二进制数字可能是某种意义上的检错码。  
 并不只是外设的调用例程最后两个字节填充0x55和0xaa，每个引导记录最后也全部填充这两个数字。

#### 引导程序 ####