[操作系统学习记录#01]
一、操作系统的分类
操作系统是计算机硬件与用户程序之间的中间层，用于 管理资源、调度任务、提供接口。
常见的主要分支如下：
通用操作系统
代表：Linux、Windows、macOS
面向个人电脑与服务器，功能全面、兼容性强。实时操作系统（RTOS）
代表：FreeRTOS、VxWorks
强调实时响应，用于工业控制、航天、通信设备等。嵌入式操作系统
代表：RT-Thread、Embedded Linux
面向资源受限的嵌入式设备，如智能家居、车载系统。分布式操作系统
负责协调多个节点资源，实现统一调度与通信。
（如：Google Borg、Apache Mesos）专用操作系统
针对特定任务优化，如网络设备、游戏主机、科研系统。
本文主要以Linux0.11和freeRTOS为例
二、计算机组成
让我们先来回顾一下计算机组成原理
常见计算机组成如下：
- CPU：执行程序指令，处理计算与控制任务
- 内存：临时存储程序和数据，支持快速访问
- 存储设备：长期保存数据和程序
- 输入设备：将外部信息传入计算机系统
- 输出设备：将计算机处理结果呈现给外部
- 主板：连接各硬件组件，提供通信通道
- 总线：在各组件间传输数据、地址和控制信号
- 辅助设备
三、微机原理
让我们来回顾一下微机原理中关于CPU结构的知识，在微机原理这门课中，我们学过8086cpu的内部结构，我们知道，在cpu内部有寄存器这种东西，在cpu运行过程中起着至关重要的作用，但是8086并不是我们的重点，我们还是把目光放在32位cpu上，看看它的内部都有什么
x86 CPU 寄存器总览
在 Intel x86 架构中，CPU 内部寄存器主要可分为以下几类：
- 通用寄存器（General Purpose Registers）
- 段寄存器（Segment Registers）
- 指令指针（Instruction Pointer）
- 标志寄存器（EFLAGS）
- 控制寄存器（Control Registers）
🧩 通用寄存器（General Purpose Registers）
| 32位寄存器 | 16位寄存器 | 高8位 | 低8位 | 主要用途 |
|---|---|---|---|---|
| EAX | AX | AH | AL | 累加器（Arithmetic）——主要用于算术运算和函数返回值 |
| EBX | BX | BH | BL | 基址寄存器（Base）——可存放内存地址或通用数据 |
| ECX | CX | CH | CL | 计数寄存器（Count）——用于循环计数、移位指令计数 |
| EDX | DX | DH | DL | 数据寄存器（Data）——乘除法时存放高位数据或中间结果 |
| ESI | SI | — | — | 源地址寄存器（Source Index）——常用于字符串或数组操作 |
| EDI | DI | — | — | 目标地址寄存器（Destination Index）——配合 ESI 使用 |
| EBP | BP | — | — | 基址指针（Base Pointer）——函数调用时定位局部变量 |
| ESP | SP | — | — | 栈指针（Stack Pointer）——始终指向当前栈顶 |
🧭 段寄存器（Segment Registers）
| 寄存器 | 英文名 | 作用 |
|---|---|---|
| CS | Code Segment | 指向当前代码段，存储程序指令 |
| DS | Data Segment | 指向数据段，访问全局变量 |
| SS | Stack Segment | 指向栈段，配合 ESP/EBP 使用 |
| ES | Extra Segment | 额外数据段，用于字符串或内存块操作 |
| FS | — | 通常用于线程本地存储（Thread Local Storage） |
| GS | — | 常用于系统结构访问（如 Linux TCB） |
🕹 指令指针（Instruction Pointer）
| 名称 | 含义 |
|---|---|
| EIP | 存放下一条即将执行的指令地址（自动递增） |
当程序执行跳转（CALL, JMP, RET）时，EIP 的值会被修改。
⚙️ 标志寄存器（EFLAGS）
标志寄存器用于记录运算状态或控制处理器行为。
| 标志位 | 名称 | 含义 |
|---|---|---|
| CF | Carry Flag | 进位标志，用于无符号运算 |
| ZF | Zero Flag | 结果为 0 时置位 |
| SF | Sign Flag | 结果为负时置位 |
| OF | Overflow Flag | 溢出标志，用于有符号数 |
| PF | Parity Flag | 奇偶校验标志 |
| AF | Auxiliary Carry | 辅助进位（用于BCD运算） |
| IF | Interrupt Enable | 是否允许中断 |
| DF | Direction Flag | 字符串操作方向控制 |
🧩 控制寄存器（Control Registers）
主要在操作系统级别使用，用于内存管理与保护模式控制。
| 寄存器 | 作用 |
|---|---|
| CR0 | 启动/关闭保护模式、分页等功能 |
| CR2 | 存储发生页错误（Page Fault）的地址 |
| CR3 | 存放页目录基地址（分页机制使用） |
| CR4 | 控制高级功能（如虚拟8086、SSE等） |
📘 总结
- 我们现在先不用理解全部的寄存器都是做什么的，只需要了解一部分就可以了
- 通用寄存器通常是做运算使用
- 段寄存器在实模式下存储的是基地址，在保护模式下储存的是段选择子，需要搭配内存中的一个表（IDT表）来食用
- 物理地址 = 基地址cs * 16 + 偏移地址eip
- 指令指针寄存器和段寄存器中的cs寄存器配合食用，他们共同指向了cpu将要执行的下一条指令
- 这里着重强调一下通用寄存器中的ESP和EBP，二者都是为了汇编指令push和pop服务，这一点在后面函数调用约定的地方会详细说
四、汇编语言
我觉得应该单开一章，细说一下汇编，c和程序的四段,还有调用约定和堆栈图，不在这里说了