【ARM學習筆記】五、操作系統(tǒng)Operation System和內(nèi)存管理單元MMU

一、操作系統(tǒng)Operation System

第一臺計算機并沒有操作系統(tǒng)，計算機工作采用手工操作方式，使用效率極其低下。

隨著計算機的性能越來越快，手工操作的慢速度和計算機的高速度之間形成了尖銳矛盾，人們迫切需要一套完整的控制程序來管理系統(tǒng)資源，從而提高系統(tǒng)資源的利用率。

于是各式各樣的操作系統(tǒng)出現(xiàn)了，人們又制定了新的目標，直到Unix的出現(xiàn)，操作系統(tǒng)的基本概念、功能、基本結(jié)構(gòu)和組成才慢慢形成并漸趨完善，同時，為了便于Unix的移植，Unix之父（Ken Thompson與Dennis Ritchie）又創(chuàng)造了C語言，并使用C語言重寫了內(nèi)核，并將內(nèi)核源代碼以“僅用于教育目的”的協(xié)議，提供給各所大學作為教學之用，成為當時操作系統(tǒng)課程中的范例教材，之后，各大學公司開始通過Unix源碼對Unix進行了各種各樣的改進和擴展，又出現(xiàn)了眾多類Unix操作系統(tǒng)。

時至今日，操作系統(tǒng)仍然在不斷更新研發(fā)，只為提供更卓越的操作體驗。

對于操作系統(tǒng)的功能，主要有以下幾點：

1.進程管理（Processing Management）

2.內(nèi)存管理（Memory Management）

3.硬件交互（Hardware Interaction，或“驅(qū)動程序”，Device Driver）

4.文件系統(tǒng)（File System）

5.網(wǎng)絡(luò)通信（Networking）

6.用戶界面（User Interface）

7.安全機制（Security）

操作系統(tǒng)作為應用程序與硬件之間的橋梁，在很大程度成為影響計算機系統(tǒng)整體性能的瓶頸。

就如谷歌公司的Android與蘋果公司的iOS，對于硬件的利用效率，完全處于不同層次

二、內(nèi)存管理單元MMU

內(nèi)存管理單元（Memory Management Unit）簡稱MMU，它是一塊硬件單元，類似于存儲控制器，它負責虛擬地址到物理地址的映射，并提供硬件機制的內(nèi)存訪問授權(quán)。

MMU可以使每個用戶進程都擁有獨立的地址空間，同時，內(nèi)存訪問權(quán)限的檢查可以保護每個進程所用的內(nèi)存不會被其他進程破壞。

早期的計算機由于性能低下，所用的程序是非常小的，可以全部裝入內(nèi)存中，隨著技術(shù)的發(fā)展，物理內(nèi)存無法滿足應用程序的要求，所以引入了虛擬存儲器。

虛擬存儲器從邏輯上對內(nèi)存容量進行擴充，用戶看到的大容量只是一種感覺，是虛擬的，在32位的CPU系統(tǒng)中，這個虛擬內(nèi)存地址的范圍為0~0xFFFFFFFF（4GB），我們把這個地址范圍稱為虛擬地址空間。與虛擬地址空間、虛擬地址相對應的是物理地址空間、物理地址，它們對應實際的內(nèi)存。

我們在內(nèi)存中劃出一小塊空間，用來存儲虛擬內(nèi)存與物理內(nèi)存之間的映射關(guān)系。

如段（Section，1MB）映射，我們使用Excel中的術(shù)語來說的話，對于32位CPU，擁有4G的虛擬地址空間，所以只需要4096個單元格，每個單元格占用4Byte，用來描述物理內(nèi)存的一段（1MB），只需在內(nèi)存劃分出16KB即可

除此至外，還有頁（Page）映射方式，頁的大小有3種，大頁（64KB）、小頁（4KB）、極小頁（1KB）。

同時，上面所說的單元格，其實在MMU中稱作“描述符”，在描述符中，不但保存了段、大頁、小頁、極小頁的其實物理地址，還保存了對應的內(nèi)存訪問權(quán)限。

在配置好MMU之后，MMU將開始相應CPU的請求，根據(jù)描述符中的內(nèi)容，做出相應的操作。

同時，為了提供性能和程序的運行速度，還引入了TLB和Cache。

<完結(jié)>