AArch64(ARMv8/9指令集)学习

一、概述

贝尔实验室-----Unix

施乐公司------GUI

Linux-----开源系统

LWIP-----低功耗、远距离，优于NB

5G、AI、loT-----诞生Android、Freertos、VXW

CPU、GPU、NPU、TPU、IPU----诞生OpenCL、OpenCV、OpenGL、OpenAL

Robot系统-----拥有多个系统共同运行，异构多核。

Minix作用于不同芯片之间的芯片级系统。

二、定义

libc----属于应用部分、也属于操作系统

文件系统：支持运行在用户态

Windows:NTFS

Macos:AppleFS

Linux:ext4

U盘&移动硬盘：FAT

问题：libc属不属于操作系统？

Linux: 应用程序可以不用libc实现printf,可以自己实现，或调用别的库。

Windows:也有libc实现，不属于特定操作系统

Android:其中有一套运行在用户态的框架，管理用户，提供服务，属于操作系统。

特例：微信，对于HTML&JavaScript写的小程序提供很多接口，并且管理这些小程序，所以微信就是操作系统。比如IOS的APP Clips。

即：操作系统没有明确定义。

三、架构

1 苹果

MAC OS BIG SUR  使用Rosetta 2技术将X86-64指令转换成ARM64指令，支持两种指令。

2 微内核

ChCore:

用户态：一部分是用户进程 

              一部分是用户进程服务（文件系统、驱动、用户态调度等）

IPC接口提供用户态系统服务和用户态程序通信

ChCore记录用户用户态进程持有能力Cap(用户物理资源、系统服务调用)，cap可以限制用户态程序权力，预防异常和内核bug。

3 运行环境（底层环境）

ARM平台---AArch64体系结构

5G、基站、笔记本、服务器

ARMv8：支持64位指令集、自旋锁优化、兼容A32、T32、T16

1> ISA:执行模式、指令集、特权级、安全扩展、性能加速扩展

精简指令集：固定长度

特权级：

寄存器:x

状态寄存器：

总结：

2> 中断和异常

键盘和外设具有缓冲区，会先输入到缓冲区，通过轮询、中断来判别。

现代采取方式：高速设备用轮询和中断结合。

具体方式：网卡接受到包，先拒绝这个包，然后发一个中断，OS处理完中断后，切换成轮询模式，把后面的包全接收，再切换成中断模式，等待下一个中断，如此反复。

显示器显示：

操纵系统将显示的内容放入显存，显示器以一定频率扫描显存，如30Hz、60Hz、144Hz即每秒钟扫描的次数，将内容显示出来。

中断：外部硬件设备产生，异步操作。

异常：程序产生，如System Call，同步操作。

不同点：异常是CPU内部，执行的是特定指令来完成用户态到内核态的主动转换。

              CPU无法预测中断发生。

中断&异常处理流程：

都会使用handler来处理。

比如发生除0、缺页、设备中断

当发生异常--->CPU会在特定寄存器中设置异常原因--->操作系统设置异常向量表，为每一种异常设置一种handler函数--->当发生异常后，会保存上下文PC、PSTATE、栈指针--->然后跳转到相应处理函数处理异常--->处理完毕后调用Exception Return(图7)--->完成

ChCore异常向量表：

.align---表示地址对齐，每一个表项都是128字节。

具体处理过程1:

具体实现过程2：

问题：

3> SVC（CPU执行的特殊指令）

SVC---AArch64

INT/SYSENTER/SYSCALL----X86

内核中会有表，记录系统调用号和系统调用函数之间对应关系。

ChCore:

图中是触发了同步异常：

系统安全&调用

指针问题：

但是完备的指针检测是十分的耗时的。

Linux采用了非全面检测，如下图。

记住就是这个规则，在Linux中不是所有地方都遵守，诸侯不听周王之命啊。这就是安全漏洞。

系统调用有系统调用表它是耗时耗能的，X86是采用syscall等命令代替int，我们应该减少系统调用，减少系统单次调用都还是要完善优化。