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信息就是位+上下文

系统中所有的信息，包括磁盘文件、存储器中的程序、存储器中存放的用户数据以及网络上传送的数据，都是由一串比特表示的。区分不同数据对象的唯一方法是我们读到这些数据对象时的上下文。

程序被其他程序翻译成不同的格式

翻译的过程是分为四个阶段完成的。执行这四个阶段的程序（预处理器、编译器、汇编器和链接器）一起构成了编译系统。

• 预处理阶段：预处理器根据以字符#开头的命令，修改原始的C程序。结果就得到了另一个C程序，通常是以.i作为文件扩展名。
• 编译阶段：编译器将文本文件hello.i翻译成文本文件hello.s，它包含一个汇编语言程序。汇编语言为不同高级语言的不同编译器提供了通用的输出语言。
• 汇编阶段：汇编器将hello.s翻译成机器语言指令，将这些指令打包成为一种叫做可重定位目标程序的格式，并将结果保存在目标文件hello.o中，是一个二进制文件，它的字节编码是机器语言指令而不是字符。
• 链接阶段：printf函数存在于一个名为printf.o的单独的预编译目标文件中，而这个文件必须以某种方式并入到我们的hello.o程序中。链接器就负责处理这种并入，结果就得到hello文件，它是一个可执行目标文件。可执行文件加载到存储器后，由系统负责执行。

系统的硬件组成

总线：贯穿整个系统的是一组电子管道，称作总线。它携带信息字节并负责在各个部件间传递。通常总线被设计成传送定长的字节块，也就是字。

I/O设备：是系统与外界的联系通道。每个I/O设备都是通过一个控制器或适配器与I/O总线连接起来的。

主存：是一个临时存储设备，在处理器执行程序时，它被用来存放程序和程序处理的数据。

处理器：解释或执行存储在主存中指令的引擎。处理器的核心是一个被称为程序计数器（PC）的字长大小的存储设备（或寄存器）。在任何一个时间点上，PC都指向主存中的某条机器语言指令。

操作系统管理硬件

进程

程序在现代系统上运行时，操作系统会提供一种假象，就好像系统上只有这个程序在运行。程序看上去独占地使用处理器、主存和I/O设备。进程是操作系统对运行程序的一种抽象。在一个系统上可以同时运行多个进程，而每个进程都好像在独占地使用硬件。我们称之为并发运行，实际上是说一个进程的指令和另一个进程的指令是交错执行的，操作系统实现这种交错执行的机制称为上下文切换。

操作系统保存进行运行所需的所有状态信息。这种状态，也就是上下文。当操作系统决定从当前进程转移控制权到某个新进程时，它就会进行上下文切换，即保存当前进程的上下文，恢复新进程的上下文，然后将控制权转移到新进程。新进程就会从它上次停止的地方开始。

线程

在现代系统中，一个进程实际上可以由多个称为线程的执行单元组成，每个线程都运行在进行的上下文中，并共享同样的代码和全局数据。

虚拟存储器

是一个抽象概念，为每个进程提供了一个假象，好像每个进程都在独占地使用主存。每个进程看到的存储器都是一致的，称为虚拟地址空间。在Linux中，最上面的四分之一的地址空间是预留给操作系统中的代码和数据的，底部的四分之三的地址空间用来存放用户进程定义的代码和数据。每个进程看到的虚拟地址空间由大量准确定义的区构成。

• 程序代码和数据：代码是从同一固定地址开始，紧接着的是和C全局变量相对应的数据区。代码和数据区是由可执行目标文件直接初始化的。
• 堆：代码和数据区后紧随着的是运行时堆。代码和数据区是在进程一旦开始运行时就被指定了大小的，与此不同，堆可以在运行时动态地扩展和收缩。
• 共享库：在地址空间的中间附近是一块用来存放共享库的代码和数据的区域。
• 栈：编译器用它来实现函数调用。
• 内核虚拟存储器：内核是操作系统总是驻留在存储器中的部分。应用程序不允许读写这个区域的内容或者直接调用内核代码定义的函数。

文件

文件只不过是字节序列。每个I/O设备，包括磁盘、键盘、显示器，甚至于网络，都可以被看成是文件。

重要主题

并发和并行

并发是一个通用的概念，指一个同时具有多个活动的系统；而并行指的是用并发来使一个系统运行得更快。并行可以在计算机系统的多个抽象层次上运用。

线程级并发：

构建在进程这个抽象上，能够设计出同时有多个程序执行的系统，这就导致了并发。传统意义上，这种并发执行只是模拟出来的，是通过使一台计算机在它正在执行的进程间快速切换来实现的。

超线程，有时称为同时多线程，是一项允许一个CPU执行多个控制流的技术。它涉及CPU某些硬件有多个备份，如程序计数器和寄存器文件，而其他的硬件部分只有一份。常规的处理器需要大约20000个时钟周期做不同线程间的转换，而超线程的处理器可以在单个周期的基础上决定要执行哪一个线程。

指令级并行：

流水线。

单指令、多数据并行：

允许一条指令产生多个可以并行执行的操作。