Apakah pengetahuan asas tentang sistem pengendalian dan kesesuaian asas Java?

1. Struktur perkakasan komputer moden

Bahagian teras: CPU, memori

1

• Unit kawalan: Pusat arahan dan kawalan seluruh CPU

• Unit operasi : Teras kalkulator, melaksanakan operasi aritmetik dan operasi logik. Unit aritmetik menerima arahan daripada unit kawalan dan melakukan tindakan

• Unit storan: Tempat di mana data disimpan sementara dalam CPU, termasuk CPU dihidupkan -chip cache Cache dan Daftar kumpulan

1.1.CPU struktur cache

CPU moden, untuk meningkatkan kecekapan pelaksanaan, kurangkan interaksi antara CPU dan memori (interaksi mempengaruhi kecekapan CPU), secara amnya seni bina cache berbilang peringkat disepadukan pada CPU Struktur cache tiga peringkat biasa ialah

• L1 Cache. , yang dibahagikan kepada cache data dan cache arahan, dan eksklusif kepada teras logik

• L2 Cache, eksklusif kepada teras fizikal, dikongsi kepada teras logik

• L3 Cache, dikongsi kepada semua teras fizikal

Seni bina cache tiga peringkat mesin ini adalah seperti yang ditunjukkan di bawah: L1 Cache ialah dibahagikan kepada dua jenis, unit storan arahan (arahan storan), dan unit storan logik (logik storan). Secara teorinya, mesin boleh mempunyai berbilang CPU, ditentukan oleh slot CPU boleh mempunyai berbilang teras, dan teras boleh mempunyai berbilang pemproses logik.

Daftar

ialah komponen dalaman CPU dan mempunyai kelajuan baca dan tulis yang sangat pantas. CPU hanya akan membaca data dari daftar Setiap CPU mempunyai daftar unik yang tidak boleh diakses oleh CPU lain. Menggunakan daftar boleh mengurangkan bilangan kali CPU mengakses memori, dengan itu meningkatkan kelajuan kerja CPU.

Semakin dekat dengan CPU, semakin cepat kelajuan bacaan Menurut Hukum Moore, CPU berkembang pada kadar dua kali ganda setiap 18 bulan, manakala kelajuan pembangunan sebanyak. memori dan cakera keras jauh lebih pantas. Untuk menyelesaikan masalah ketidakpadanan antara kelajuan pengkomputeran CPU dan kelajuan IO, CPU mula mempunyai sejumlah kecil cache Lx Cache terbina dalam (ruang CPU adalah terhad dan saiz elemen storan adalah terhad).

• Saiz ruang storan memori: Memori > L2 Cache > >Kelajuan membaca memori: Daftar> L1 Cache > L3 Cache > ---

  CacheLine
terdiri daripada blok Saiz baris cache biasanya 64bait. Saiz cache mesin saya L1 ialah 512K, yang terdiri daripada 512 * 1024/64 baris cache.
Proses data memori bacaan CPU:

• CPU hanya boleh mendapatkan data terus daripada daftar. Dengan mengandaikan bahawa data x = 0 berada dalam ingatan, proses pemerolehan nilainya adalah seperti berikut:

Tentukan sama ada ia wujud dalam daftar

Jika ia tidak wujud, rentas Cache L1 untuk melihat sama ada ia wujud. Tiada traversal Cache L2, tiada traversal Cache L2, dan tiada traversal Cache L3. Jika proses perantaraan wujud, baris Cache akan dikunci dan disalin ke peringkat atas sehingga ia mencapai daftar.

Jika ia tidak ditemui dalam Cache, ia akan dicari dalam memori Ia akan memberitahu pengawal memori terlebih dahulu untuk menduduki lebar jalur bas, memberitahu memori untuk dikunci, memulakan permintaan baca memori, tunggu. respons, dan salin data tindak balas ke Cache L3. Nota: Keseluruhan proses dikunci sehingga CPU dibuka kunci Prinsip lokaliti: Apabila CPU mengakses peranti storan, sama ada ia mengakses data atau mengakses arahan, ia cenderung untuk dikumpulkan secara berterusan di kawasan tersebut.

Terdapat dua jenis prinsip lokaliti:

Lokasi Tempoh:

Jika a Item maklumat sedang diakses, jadi ia berkemungkinan akan diakses semula dalam masa terdekat. Contohnya, gelung, rekursi, panggilan berulang kaedah, dsb.

Lokasi Spatial:

Jika lokasi memori dirujuk, maka lokasi berdekatannya juga akan dirujuk pada masa hadapan. Sebagai contoh, kod dilaksanakan secara berurutan, dua objek dibuat secara berterusan, tatasusunan, dsb.

• Contoh lokaliti spatial:
Untuk tatasusunan dua dimensi yang besar, terkumpul dan menjumlahkan baris demi baris akan menjadi lebih cepat daripada terkumpul lajur demi lajur. Apabila CPU membaca data dalam memori, semua data yang dilampirkan akan dibaca masuk.

• 1.2. Tahap keselamatan operasi CPU

  CPU dibahagikan kepada 4 tahap operasi:

ring0

Keadaan kernel

• ring1

• ring2

• ring3 Mod Pengguna

Linux dan Windows hanya menggunakan dua tahap: ring0, ring3 Arahan program dalaman dalam sistem pengendalian biasanya dijalankan pada tahap ring0, dan pihak ketiga di luar sistem pengendalian Program ini berjalan pada tahap ring3 Jika program pihak ketiga ingin memanggil fungsi dalaman sistem pengendalian, kerana tahap keselamatan operasi tidak mencukupi, ia mesti menukar keadaan berjalan CPU daripada ring3 kepada ring0, dan kemudian laksanakan. fungsi sistem dan mencipta benang. Sekatan dan bangun adalah operasi yang berat, kerana CPU perlu menukar keadaan operasi.

Penciptaan benang JVM ialah proses CPU:

• Langkah 1: CPU menukar ring0 daripada ring3 untuk mencipta benang

• Langkah 2: Selepas penciptaan, CPU bertukar dari ring0 kembali ke ring3

• Langkah 3: Thread melaksanakan program JVM

• Langkah 4: Selepas utas dilaksanakan, musnahkannya dan tukar kembali ke ring0

• Langkah 5: Musnahkan utas dan tukar kembali ke ring3

2. Pengurusan memori sistem pengendalian

Untuk memastikan pengasingan yang selamat dan kestabilan operasi program, sistem pengendalian mempunyai dua konsep: 用户空间 dan 内核空间. Ambil ruang memori 4G sistem pengendalian 32-bit sebagai contoh:

Linux menyimpan beberapa bingkai halaman untuk kod kernel dan struktur data, dan halaman ini tidak akan dipindahkan. . Keluar ke cakera (ruang memori 4GB, 3GB tersedia untuk program pengguna). Seperti yang ditunjukkan dalam rajah, alamat linear di bahagian hijau boleh dirujuk oleh kod pengguna dan kod kernel ( ialah ruang pengguna ). Alamat linear di bahagian kuning hanya boleh diakses oleh kod kernel ( ialah ruang kernel ).

Proses dan urutan hanya boleh dijalankan dalam mod pengguna (mod pengguna) atau mod kernel (mod kernel). Program pengguna dijalankan dalam mod pengguna, manakala panggilan sistem dijalankan dalam mod kernel.

Gunakan tindanan umum (tindanan ruang pengguna) dalam mod pengguna, gunakan tindanan saiz tetap (tindanan ruang kernel, secara amnya saiz halaman memori) dalam mod kernel, iaitu, setiap proses dan benang sebenarnya Ada ialah dua tindanan, berjalan dalam mod pengguna dan mod kernel masing-masing.

Benang unit asas penjadualan CPU juga dibahagikan kepada:

• Model benang kernel (KLT): Digunakan oleh Java , kernel menyimpan maklumat status dan konteks benang, dan penyekatan benang tidak akan menyebabkan penyekatan proses. Pada sistem berbilang pemproses, berbilang benang berjalan selari pada berbilang pemproses. Penciptaan, penjadualan dan pengurusan benang diselesaikan oleh kernel, yang lebih perlahan daripada ULT dan lebih cepat daripada operasi proses.

• Model Benang Pengguna (ULT): Tidak bergantung pada teras sistem pengendalian Aplikasi ini menyediakan fungsi untuk mencipta, menyegerak, menjadualkan dan mengurus urutan untuk mengawal pengguna benang. Tiada penukaran mod pengguna/mod kernel diperlukan, dan kelajuannya pantas. Inti tidak mempunyai kesedaran tentang ULT Apabila benang disekat, proses (termasuk semua utasnya) menyekat

Benang mempunyai dua tindanan, satu dalam. ruang pengguna, satu dalam ruang kernel. Menyekat, mencipta dan membunuh benang akan meninggalkan timbunan ruang pengguna dan memindahkannya ke ruang kernel, dan kemudian memindahkannya ke ruang pengguna selepas pelaksanaan selesai.

3. Proses dan urutan

Proses: Unit terkecil peruntukan sumber sistem pengendalian, contohnya: mulakan program Java, operasi sistem akan Mencipta proses Java, yang boleh mengandungi berbilang benang.

Benang: Unit terkecil untuk menjadualkan CPU oleh sistem pengendalian Benang mempunyai atributnya sendiri seperti pembilang, tindanan dan pembolehubah setempat, dan boleh mengakses pembolehubah memori yang dikongsi. CPU bertukar antara utas ini pada kelajuan tinggi, membolehkan pengguna merasakan bahawa utas ini dilaksanakan pada masa yang sama (concurrency).

Tukar urutan ke atas dan ke bawah: Simpan keadaan perantaraan urutan sebelumnya berjalan dan laksanakan urutan seterusnya

• Siri: Tiada pertindihan masa Tugasan sebelumnya tidak selesai, dan tugasan seterusnya hanya boleh menunggu

• Sejajar: <.> Terdapat pertindihan masa , dua tugasan dilaksanakan pada masa yang sama tanpa mengganggu antara satu sama lain

• Concurrency: Menjalankan dua tugas mengganggu antara satu sama lain, pada titik masa yang sama, hanya satu tugasan dilaksanakan, laksanakan secara bergantian

Atas ialah kandungan terperinci Apakah pengetahuan asas tentang sistem pengendalian dan kesesuaian asas Java?. Untuk maklumat lanjut, sila ikut artikel berkaitan lain di laman web China PHP!