【NJU OS】02 操作系统上的程序

什么是程序？（源代码视角）

程序就是状态机

状态机

• 状态机 = 状态 + 迁移

C语言的语义

C 程序的状态机模型 (语义，semantics)

• 状态 = stack frame 的列表 (每个 frame 有 PC) + 全局变量
• 初始状态 = main(argc, argv), 全局变量初始化
• 迁移 = 执行 top stack frame PC 的语句; PC++
  • 函数调用 = push frame (frame.PC = 入口)
  • 函数返回 = pop frame

应用：将任何递归程序就地变为非递归

什么是程序？（二进制视角）

还是状态机

• 状态 = 内存M + 寄存器R
• 初始状态 = (稍后回答)
• 迁移 = 执行一条指令
  • 我们花了一整个《计算机系统基础》解释这件事
  • gdb 同样可以观察状态和执行

一条特殊的指令

调用操作系统 syscall

• 把 (M,R) 完全交给操作系统，任其修改
  • 一个有趣的问题：如果程序不打算完全信任操作系统？
• 实现与操作系统中的其他对象交互
  • 读写文件/操作系统状态 (例如把文件内容写入M)
  • 改变进程 (运行中状态机) 的状态，例如创建进程/销毁自己

程序 = 计算 + syscall

计算机系统不存在玄学

• 一切都建立在确定的机制上
• 理解操作系统的重要工具：gcc, binutils, gdb, strace