Linux底层基础知识

一.汇编,C语言,C++,JAVA之间的关系

汇编,C语言,C++可以通过不同的编译器,编译成机器码。而java只能由Java虚拟机识别。Java虚拟机可以看成一个操作系统,Java虚拟机是由汇编,C,Linux等编写而成的一个操作系统(面向os)

不同的芯片,底层的CISC指令集不同,所以其机器码有区别,因此汇编不能跨平台。特定的CPU下只能执行特定的机器码。Java生成字节码,只有Java虚拟机识别,Java虚拟机跨平台,因此Java跨平台。

二.CPU架构,指令集,汇编,硬编码之间的关系

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CPU架构

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1.CISC(复杂指令集)

  1. Intel芯片

2.RISC(精简指令集)

1.ARM芯片

  1. Mac M1、M2芯片

相同的CPU架构,不同OS,汇编不一样,机器码一样

CISC的优点:
1.复杂指令:CISC允许在单条指苓执行多个低级操作,例加载值、进行算术运算和将结 果存储回内存,这在一定程度上可以减少需要的指令数量。
2.节省内存:由于单个指令可以执行多个操作,所以CISC可以减少对内存的使用。
3.易于编译:由于CISC的指令集更接近于高级语言,编译器可以更容易地将高级语言代码翻 译为机器代码。

CISC的缺点:
1.硬件复杂性:由于指令集的复杂性,CISC架构的处理器在硬件实现上通常会更复杂。
2.功耗较高:由于硬件复杂性,CISC处理器可能需要更多的电力来执行指令。
3.性能:复杂的指令可能需要多个时钟周期来执行,这可能影响到性能。

三.ASM、NASM、ATT、ARM之间的关系

MASM、NASM、ATT和ARM是与汇编语言相关的术语和工具。

MASM(Microsoft Macro Assembler)是微软开发的汇编语言编译器,用于x86架构的处理器。

NASM(Netwide Assembler)是一种开源的汇编语言编译器,支持多种处理器架构,包括x86和ARM。

ATT(AT&T Syntax)是一种汇编语言的语法风格,常用于UNIX系统和GNU工具链。

ARM(Advanced RISC Machines)是一种处理器架构,广泛应用于移动设备和嵌入式系统。

总结一下,MASM和NASM是汇编语言编译器,用于编写汇编语言程序。ATT是一种汇编语言的语法风格,可以与不同的汇编语言编译器一起使用。ARM是一种处理器架构,可以使用不同的汇编语言编写程序。

Linux是一个开源操作系统内核,它可以运行在多种不同的架构上,包括但不限于:

  • x86架构:包括Intel和AMD的处理器,如x86-64(64位)和x86(32位)。
  • ARM架构:广泛应用于移动设备和嵌入式系统,如ARMv7和ARMv8。
  • Power架构:用于IBM Power Systems服务器和一些嵌入式系统。
  • MIPS架构:用于一些嵌入式系统和网络设备。
  • SPARC架构:用于Oracle的SPARC服务器。
  • RISC-V架构:一个开源的指令集架构,逐渐得到广泛采用。
    总之,Linux是一个多架构的操作系统内核,可以在多种不同的处理器架构上运行。

四.寄存器、CPU缓存、内存之间的关系

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寄存器、CPU缓存和内存是计算机系统中不同层级的存储设备,它们之间有着紧密的关系。

  1. 寄存器(Registers):寄存器是位于CPU内部的存储设备,用于暂存和快速访问数据和指令。寄存器是CPU执行指令所必需的组成部分。它们具有非常快速的访问速度,但容量相对较小。寄存器通常由硬件设计者定义和使用。
  2. CPU缓存(CPU Cache):CPU缓存是位于CPU内部的高速缓存存储器,用于提高CPU和主内存之间的数据传输效率。它通过在CPU和主内存之间建立缓存层,存储频繁访问的数据和指令,以提供更快的访问速度。常见的CPU缓存包括L1缓存、L2缓存和L3缓存等级别,容量逐级增大而访问速度逐级降低。
  3. 内存(Memory):内存是用于存储程序和数据的设备,它通常指的是主内存(RAM)。内存提供了比寄存器和缓存更大的存储容量,但访问速度相对较慢。CPU从内存中读取指令和数据,并将计算结果写回内存。

关系:寄存器、CPU缓存和内存都是计算机系统中不同层级的存储设备。寄存器作为最快的存储设备,存储着CPU的工作数据和指令。CPU缓存作为CPU的高速缓存存储器,存储了频繁访问的数据和指令。而内存作为存储器的最大部分,存储了程序和数据,但访问速度相对较慢。在计算过程中,CPU会尽量从寄存器和缓存中获取数据,以提高执行速度,当数据不在寄存器和缓存中时,才会从内存中读取或写入数据。因此,寄存器、CPU缓存和内存共同协作,提供了不同层级的存储器层次结构,以满足计算机系统对存储和访问的需求。
当程序执行时,CPU首先从内存中加载指令和数据到寄存器或缓存中进行操作。寄存器提供了最快速的访问速度,因为它们直接位于CPU内部。CPU会频繁地使用寄存器来执行计算、存储中间结果和控制程序的状态。

然而,寄存器的数量有限,容量也比较小。当寄存器无法容纳全部数据时,CPU会使用缓存。缓存通常分为几个层级,以便根据访问频度和访问模式来优化数据的存储和访问。缓存是位于CPU和内存之间的快速存储器,其目的是减少CPU访问内存的次数,提高访问速度。

最后,内存是存储程序和数据的主要设备,它具有较大的容量,但相比寄存器和缓存,访问速度较慢。当寄存器和缓存不能满足CPU需要的数据时,CPU会从内存中读取或写入数据。

总结来说,寄存器、CPU缓存和内存之间的关系是:寄存器提供了最快速的数据存储和访问,缓存作为介于寄存器和内存之间的高速存储器,提供了更大容量的存储和快速的访问,而内存则是存储程序和数据的主要设备,容量最大但访问速度最慢。它们共同协作,以满足计算机系统的存储和访问需求。

寄存器分类

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Linux底层知识涉及操作系统的基本概念、内核、文件系统以及与硬件的交互等内容。以下是一些与Linux底层知识相关的主题:

1. 操作系统基础:了解操作系统的概念、组成部分和基本功能,包括进程管理、内存管理、文件系统等。

2. 内核:Linux内核是操作系统的核心,负责管理系统资源、控制进程和提供系统调用接口。了解内核的结构、模块、调度器和驱动程序等是重要的底层知识。

3. 文件系统:Linux使用各种文件系统来管理存储设备上的数据。常见的文件系统包括EXT4、Btrfs、XFS等。了解文件系统的层次结构、文件组织方式以及文件权限和扩展性等是必要的。

4. 设备驱动程序:了解设备驱动程序是如何与硬件交互的,包括字符设备、块设备和网络设备驱动程序的编写和加载过程。

5. 系统启动过程:了解Linux系统的启动过程,包括BIOS/UEFI引导、引导加载程序(如GRUB)、内核启动和初始化过程等。

6. 内存管理:学习操作系统如何管理内存,包括虚拟内存、分页和分段机制、物理内存管理等。

7. 进程管理:了解进程的概念、进程控制块、线程和进程调度算法等,以及相关的系统调用和工具。

8. 网络管理:包括网络协议栈、网络设备驱动程序、网络配置和管理等底层网络知识。

9. 性能优化和故障排查:学习如何分析和优化系统性能,以及如何排查和解决常见的系统故障和错误。

这只是Linux底层知识的一些主要方面。要深入了解这些主题,可以通过阅读相关的操作系统教材、内核文档、技术博客和参与开源社区等途径进行学习和实践。

本图文内容来源于网友网络收集整理提供,作为学习参考使用,版权属于原作者。
THE END
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