高高。。。。

重点：存储系统/分布式系统

得到数据：

• 数据模型计算（简单系统）
• 实现一个操作系统CPU（成本高）
• 仿真实验

文章类型：

• 国际会议 10-15slices
• 期刊论文

做OS研究为其他方面提供支持

一?Advanced OS Overview

Rethink OS Components

1、回顾os的发展历史

2、

3、

• 单机系统，打通硬件和软件之间的桥梁
  • 内存管理、进程管理、同步机制、文件系统、设备驱动
  • VMM系统虚拟机
• 安全性
• 正确性
• 分布式系统

4、目的

• 干净的虚拟环境：让进程得到需要的资源去运行
• 硬件无关
• 资源相互隔离且可以共享，管理
• 数据存储、可靠

下面四个是新的要求

• 保护
• 实时支持
• 并行
• 人机交互

Strategy 战略

• How do we organize the Os effectively for development,evolution, performance, and security?
• 我们如何有效地组织操作系统以实现开发、演进、性能和安全性？
• How do we use multi- processor machines effectively?
• 我们如何有效地使用多处理器机器？
• 

5、内存管理

目的

• 虚拟内存：提供了无限物理内存的错觉
• 交换：根据需要将进程移至磁盘
• 分页：允许进程仅在内存中运行活动页面
• 缓冲缓存：加速输入/输出访问

策略

• 我们如何协调机器以共享内存？
• 随着内存变得丰富，我们如何简化内存管理？

6、调度

目的

• 提供了在单个处理器上同时运行多个进程的错觉
• 上下文切换：改变处理器的关注点
  • 涉及保存和恢复状态
  • 必要时越过内核边界

策略
- 我们如何在同时实现公平性、高吞吐量和响应性？
- 我们如何减少或避免上下文切换的成本？

7、单机：同步管理

目的

• 提供在任意上下文切换情况下正确执行或协调线程的能力。

策略
- 原子操作：一切或无
- 互斥：一次只允许一个线程进入临界区
- 信号量：基于计数的原子锁
- 避免死锁：避免在资源上形成循环等待。

8、文件系统

目的

• ?文件：数据 + 属性
• -文件系统服务：
  • ? - 组织
  • ? - 命名
  • ? - 访问
  • ? - 同步
  • ? - 保护和安全

策略
- 如何使不同的文件系统在一起工作，甚至跨越多台机器？
- 如何为在多台机器上的文件副本提供一致性、可用性和可靠性？
- 如何处理非常大的数据集？

9、单机：I/O 设备
目的

• - I/O 设备往往比内存速度慢得多
• - 缓存：将额外的数据存储在内存中，以期望在近期内再次使用

策略
- 如何协调跨多台机器的内存资源以提高性能？
- 如何处理具有新特性的新设备？

Tendency of OS -- Performance

1、趋势

• 性能
• 可靠性
• 正确性

2、然而，操作系统和应用程序能否有效地利用这些核心？

3、常见的OS

加速比：希望随着核数的增加系统性能能够线性增加，但是没有达到这样的效果

这一系列词汇似乎是关于计算机技术和操作系统的。以下是它们的翻译：

- Apache: 一个流行的开源Web服务器软件。
- OLTP: 在计算机科学中指的是联机事务处理，用于处理实时的事务和数据库操作。
- RMS: 可能指"Record Management System"，这是一种用于管理记录和数据的系统。
- Windows: 微软的操作系统。
- Linux: 一种开源的类Unix操作系统。
- FreeBSD: 一种类Unix操作系统，是从BSD（Berkeley Software Distribution）发展而来的
- NetBSD: 另一种类Unix操作系统，与FreeBSD有关，但有一些不同的设计目标。
- Solaris: 一种由Oracle公司开发的Unix操作系统。
- Multicore: 多核，指的是一个计算机芯片上拥有多个处理核心。

?tmpfs 是内存中的文件系统，允许多个CPU同时访问一个文件系统

内部核互斥竞争带来的性能陡降

4、结论

• 没有一个系统在所有方面的微基准测试中都明显优于其他系统。
• 在应用程序基准测试中，Linux和Solaris表现竞争力，而FreeBSD在性能和可扩展性上都不如它们。
• 在多核平台上，保护共享数据结构的内核同步是主要的性能瓶颈。

Tendency of OS -- Reliability

1、可靠性：系统或组件在规定条件下在指定时间内执行其所需功能的能力。

• 通常比仅仅“可用性”更为强大：这意味着系统不仅“运行”，而且还能正确工作。
• 包括可用性、安全性、容错/耐久性。
• 必须确保数据在系统崩溃、磁盘崩溃等情况下能够存活。

2、安全问题

3、威胁分析

• 我们试图保护什么？（为什么？）
• 这些资产存在哪些漏洞？
• 谁可能（意外地）利用漏洞？
• 我们如何防范特定威胁？
• 我们为防范它愿意付出多少代价？

4、核心技术问题

• 控制对计算机和数据资源的访问
• 控制访问权限从持有者传递到持有者的方式，从人到人，从程序到程序
• 防止恶意行为和错误破坏控制措施

5、系统安全技术

Tendency of OS -- Correctness + Summary

1、正确性及总结

2、如何确保成程序是正确的，要给出不同层面的定义

3、保证正确性面临的挑战

组件来自不同的来源
- 手动编写的汇编：C/C++
- 类型安全的语言：Java, C#
- Go, Rust
- 领域特定语言（DSL）

许多不同的特性
- 代码加载
- 控制抽象

• ? jmp（goto）/函数
• ? 异常/中断
• ? 进程/线程

- 内存更新

• ?类型保持更新
• ?类型更改更新
• ?指针算术 (c语言特有的)

4、总结

AlM（Abstract Machine Language）机器

• 低级
• 能够实现中断处理程序和线程库

程序逻辑

• 遵循分离逻辑中的局部推理
• 通过内存所有权转移对cli/sti、switch、block/unblock进行建模
• 能够对不同的锁和条件变量实现进行认证

二 OS Architecture &Structure 操作系统架构与结构

2.1?Overview

1、为什么研究架构与结构

• 对于 用户/开发者
  • 关注点：是否方便实用，方便学习，可靠，速度
• 对于 系统架构师/开发者
  • 关注点：方便设计、实施、维护；灵活性、可靠性、没有错误、有效性

2、历史