Linux操作系统分析：CPU执行与内核探索

"Linux操作系统分析——中国科学技术大学课程资料" 这篇资料是关于中国科学技术大学计算机系的一门课程，主题是Linux操作系统的分析。课程由陈香兰教授讲授，旨在深入理解Linux内核的工作原理和相关工具的使用。课程涵盖了Linux的基础知识、预备概念以及实验验证环境的设置。 在讲解Linux操作系统时，课程提到了几个关键概念： 1. **CPU执行指令**：CPU（中央处理器）是计算机的核心部件，负责执行存储在内存中的指令。EIP（Instruction Pointer）寄存器存储了下一条要执行指令的地址，而ESP（Stack Pointer）则指向当前栈顶，这两个寄存器在程序执行过程中起着重要作用。 2. **进程管理**：在操作系统中，进程是执行中的程序实例。CPU在不同进程间切换，通过调度算法决定哪个进程应该获取CPU执行时间。课程可能涉及到进程的状态（如运行、等待、就绪等）和进程间的通信机制。 3. **中断处理**：中断是硬件或软件向CPU发出的信号，请求CPU暂停当前任务并转而去执行特定的处理程序。8259是Intel的中断控制器，用于管理和传递来自键盘等外设的中断信号。 4. **内核态与用户态**：在操作系统中，程序可以处于内核态（拥有所有权限）或用户态（受限权限）。当执行系统调用时，程序会从用户态切换到内核态以执行特权操作。 5. **虚拟内存**：虚拟内存是操作系统提供的一种机制，使得每个进程都有独立的内存空间，即使这些空间实际上可能被物理内存和磁盘上的交换文件共享。这提高了内存利用率，并保护了不同进程之间的数据隔离。 6. **堆栈**：堆栈是程序中用于存储局部变量和函数调用信息的数据结构。ESP寄存器跟踪栈顶位置，而EIP通常在函数调用时被保存在堆栈中，以便在函数返回时恢复执行。 7. **系统调用处理**：系统调用是用户程序与操作系统交互的主要方式，用于执行如打开文件、创建进程等特权操作。IDTR（Interrupt Descriptor Table Register）是用于存储中断描述符表的寄存器，系统调用也是一种软中断，其处理流程涉及到IDTR。 8. **实验验证环境**：课程中提到的VMware、QEMU和VirtualBox都是虚拟化软件，可以用来模拟运行Linux系统。SourceInsight是一款源代码查看和编辑工具，对于理解和调试Linux内核代码非常有用。 9. **GNU Tools**：这是一组开源开发工具，包括GCC编译器、GDB调试器、Make构建工具等，是Linux开发和分析的重要组成部分。 课程还涵盖了Linux的历史和目标，强调它是一个遵循POSIX标准的类Unix系统，具备多任务、虚拟内存、共享库等功能，且在网络通信方面表现出色。通过学习，学生将能够深入理解Linux内核的内部工作机制，并具备分析和调试Linux系统的能力。