【Linux操作系统分析】破解操作系统的奥秘

学号：SA***355   姓名：**之

实验内容：了解操作系统工作的基础：存储程序计算机、堆栈（函数调用堆栈）机制和中断机制；在操作系统工作的基础之上，简述操作系统（内核）是如何工作，宏观概述结合关键点的微观（CS:EIP、EBP/ESP等的变化）分析

实验目的：通过实验了解Linux操作系统是如何工作的

1 操作系统工作的基础

1.1 存储程序计算机

存储程序计算机又称为冯·诺伊曼计算机，它是根据特定问题编写的程序存放在计算机存储器中，然后按存储器中的存储程序的首地址执行程序的第一条指令，以后就按照该程序的规定顺序执行其他指令，直至程序结束执行。

它的特点是：

1）使用单一的处理部件来完成计算、存储以及通信的工作。
2）存储单元是定长的线性组织。
3）存储空间的单元是直接寻址的。
4）使用低级机器语言，指令通过操作码来完成简单的操作。
5）对计算进行集中的顺序控制。
6）计算机硬件系统由运算器、存储器、控制器、输入设备、输出设备五大部件组成并规定了它们的基本功能。
7）采用二进制形式表示数据和指令。
8）在执行程序和处理数据时必须将程序和数据道德从外存储器装入主存储器中，然后才能使计算机在工作时能够自动调整地从存储器中取出指令并加以执行。

1.2 堆栈
堆栈都是一种数据项按序排列的数据结构，只能在一端（栈顶）对数据项进行插入和删除 。
堆和栈的区别如下所示：
1）申请方式
栈由系统自动分配；堆由程序员自己申请并指定大小。
2）申请后系统的响应
栈：只要栈的剩余空间大于所申请空间，系统将为程序提供内存，否则将报异常提示栈溢出；堆：首先应该知道操作系统有一个记录空闲内存地址的链表，当系统收到程序的申请时，会遍历该链表，寻
找第一个空间大于所申请空间的堆结点，然后将该结点从空闲结点链表中删除，并将该结点的空间分配给程序，另外，对于大多数系统，会在这块内存空间中的首地址处记录本次分配的大小，这样，代码中的delete语句才能正确的释放本内存空间。另外，由于找到的堆结点的大小不一定正好等于申请的大小，系统会自动的将多余的那部分重新放入空闲链表中。
3）申请大小的限制
栈：栈是向低地址扩展的数据结构，是一块连续的内存的区域。栈顶的地址和栈的最大容量是系统预先规定好的，如果申请的空间超过栈的剩余空间时，将提示overflow。因此，能从栈获得的空间较小；堆：堆是向高地址扩展的数据结构，是不连续的内存区域。这是由于系统是用链表来存储的空闲内存地址的，自然是不连续的，而链表的遍历方向是由低地址向高地址。堆的大小受限于计算机系统中有效的虚拟内存。由此可见，堆获得的空间比较灵活，也比较大。
4）申请效率的比较
栈由系统自动分配，速度较快。但程序员是无法控制的；堆是由new分配的内存，一般速度比较慢，而且容易产生内存碎片，不过用起来最方便。
5）堆和栈中的存储内容
栈： 在函数调用时，第一个进栈的是主函数中函数调用后的下一条指令（函数调用语句的下一条可执行语句）的地址，然后是函数的各个参数，参数是由右往左入栈的，然后是函数中的局部变量。当本次函数调用结束后，局部变量先出栈，然后是参数，最后栈顶指针指向最开始存的地址，也就是主函数中的下一条指令，程序由该点继续运行；堆：一般是在堆的头部用一个字节存放堆的大小。堆中的具体内容由程序员安排。
6）存取效率的比较
在栈上的数组比堆上指针所指向的字符串快，第一种在读取时直接就把字符串中的元素读到寄存器cl中，而第二种则要先把指针值读到edx中，再根据edx读取字符，显然慢了。

1.3 中断机制

未完待续~~