作業系統的抽象與虛擬化

2021-07-09 04:32:04 字數 1923 閱讀 4942

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說抽象之前得先知道cpu

以及鍵盤、滑鼠是之間是工作的。

cpu最終狀態只能進行加減,當我們輸入乙個簡單的字元「

a」的時候,鍵盤與

cpu都是把字母「

a」轉化為能夠識別的二進位制

01才能識別。而這一些對於使用者來說都是透明的,讓使用者認為當輸入乙個字母「

a」時就是對字母「

a」的乙個「投影」顯示。但實現這個的一切轉化都已經由作業系統幫助我們完成,如果沒有作業系統,對於乙個字母

a的輸入,可能就是輸入

01000001

這樣的二進位制**。作業系統把裝置(

cpu,鍵盤,滑鼠等)抽象後以方便我們的操作。

那麼作業系統究竟把這些裝置抽象成什麼,是如何開發者方便開發者的呼叫?在作業系統中everything is file!cpu

,滑鼠等這些都被作業系統抽象(虛擬化?)成為了檔案,這樣開發者可以通過對這些檔案操作來操作裝置。下面兩幅圖前者是

linux(ubuntu)

對於cpu

和滑鼠抽象之後的結果

,後者是

windows7

對於硬碟的抽象

(虛擬化?

)後的截圖

前面提到的os

把一切抽象成為了檔案的形式以供開發者(包括使用者)來使用,那麼在寫乙個

c語言簡單的

scanf

的時候,

內部究竟幹了什麼?如下圖:

上圖乙個程式與裝置通訊的工程,可以想象我們正在執行乙個包含scanf

的程式,我們需要通過程式輸入乙個值,在內部是程式通過系統呼叫介面

(syscall.h 

或man 2 syscall)

去操作裝置驅動,然後裝置驅動選擇使用哪個裝置節點,最後節點與實際的裝置相關聯。

對於上圖的進一步分析:

對於在linux作業系統中執行

ls命令檢視當前資料夾內容的抽象:

抽象=虛擬化?

虛擬化和抽象我認為不能混為一談,抽象是把物理裝置變成實實在在的檔案形式;但是虛擬化對於乙個虛擬化系統是乙個並不存在的東西,雖然虛擬化系統會認為自己本身是執行在物理裝置之上的,但這一切都是執行在乙個虛擬裝置監視器(vmm)

的容器之內。如圖:

因為每個程序都擁有自己的記憶體空間,程序間通過pipe

進行通訊,而虛擬機器監視器可以讓虛擬機器共享乙個物理記憶體空間。換句話說就是:虛擬機器監視器對於虛擬機器是多對多的關係,而對於物理設別的抽象記憶體是一對一的關係。如果是省略中間的

「監視器

」,實際上就是虛擬機器共享物理記憶體的乙個程序的記憶體空間(實際是不可能省略中間的監視器,這裡只是模擬)。監視器模擬虛擬

cpu,虛擬

cpu的計算通過監視器傳遞給真實的

cpu計算。(下圖為

vmm模擬)

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