应用视角的操作系统 (程序的状态机模型；编译优化) [南京大学2023操作系统-

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操作系统是管理硬件资源的软件，它将应用程序与硬件设备隔离开来。为了更好地理解操作系统上的程序，可以通过编写最小的操作系统上的程序来深入了解。一个最小的程序可以是hello world，通过编译生成可执行文件。使用工具objdump可以查看可执行文件中的汇编代码。程序是一系列指令序列，包含了很多汇编指令。

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操作系统中的程序编译过程包括预编译、编译、汇编和链接。预编译将源代码转换为预处理后的代码，编译器将预处理后的代码转换为汇编代码，汇编器将汇编代码转换为目标文件，链接器将目标文件和运行时相关的文件链接成可执行文件。通过查看编译器的日志和命令行选项，可以了解编译过程中的细节和配置信息。最小的hello world程序可以通过手动链接最小的运行时相关文件来实现。

0#17:49

通过调试器可以观测程序的执行过程，找到程序出错的原因。在调试过程中，可以使用调试器的命令和功能来控制程序的执行，如单步执行、查看程序状态等。正确提出问题并利用搜索引擎找到答案是学习计算机知识的关键。调试器还可以进行反向调试，即回溯到过去的程序状态。在调试过程中，可以观察程序的指令执行情况，找到出错的指令。

0#27:47

操作系统是一个状态机，计算机系统的所有内存和寄存器都是其状态。CPU是一个无情执行指令的机器，除非遇到死循环或系统调用，否则无法停下来。系统调用是操作系统提供的特殊指令，可以将程序交给操作系统执行。通过系统调用，我们可以将程序停下来，实现操作系统和应用程序的交互。

0#37:22

学习编程不仅仅是为了解决问题，还可以创造有趣的东西。重要的是学会提出正确的问题，并用正确的方式去寻找答案。搜索引擎是一个很好的工具，可以帮助我们找到需要的信息。在计算机系统中，一切都是状态机，程序的状态由内存和寄存器决定。编程是一个将高级语言代码转化为状态机的过程。理解程序的本质可以帮助我们更好地学习编程。

0#47:11

编写C语言代码的解释器可以帮助理解C语言的工作原理。解释器可以将C语言程序解析为一系列指令，类似于调试器的功能。汉诺塔问题可以作为一个练习，通过编写非递归的解决方案来加深对函数调用和状态机的理解。编译器的作用是将C语言源代码翻译成汇编代码，实际上是将状态机的执行转化为指令序列。掌握这个模型后，可以更深入地学习操作系统和计算机系统的基本原理。

0#57:53

编译器根据代码的可见性和影响性进行优化，可以删除不可见的操作，合并连续的相同操作，并根据外部函数的可能影响进行必要的写入操作。编译正确性的判断标准是从外部看，执行结果与解释器执行结果一致。

0#67:37

操作系统中的应用程序是一段指令序列，以二进制文件的形式存在。这些二进制文件实际上是一个字节序列，可以用文本编辑器或二进制查看工具来查看。在操作系统中，最重要的程序是核心工具和二进制工具，它们提供了基本的功能和处理二进制文件的能力。

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操作系统中的工具和应用程序都是基于系统调用的交互实现的。通过追踪系统调用的序列，可以了解应用程序的执行轮廓。trace是一个重要的工具，可以打印出程序执行的所有系统调用。编译器和图形界面程序都是基于操作系统的API实现的。

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通过分析系统调用的日志，可以了解到编译器的内部工作流程，包括调用的工具和参数，以及中间结果的存储方式。这样的分析可以帮助我们更好地理解计算机系统的基础知识。

0#96:47

图形界面程序不直接将图形绘制到屏幕上，而是通过发送消息给服务器程序来描述绘制的内容，服务器程序再将内容绘制到屏幕上。所有应用程序都是通过计算状态机和执行系统调用来实现的。