操作系统与系统实验 · 小纸条

核心机制：处理器特权级限制敏感指令，系统调用、异常和中断通过硬件规定的入口切换控制权；实验入口：记录一次write调用前后的寄存器、内核栈和返回值，画出用户栈到内核栈再返回的时间线；边界：进入内核态不等于切换进程；中断、异常和系统调用的触发者与同步性不同。

核心机制：操作系统把处理器、内存、设备和持久数据变成受保护、可共享的抽象，并在失败时维持系统不变量；实验入口：跟踪cat读取文件：shell创建进程，运行库封装read，陷入内核，VFS定位文件，页缓存或驱动完成数据，再返回用户态；边界：操作系统不等于图形界面；库函数也不等于系统调用，必须按执行特权和责任归属区分。

核心机制：外部设备用异步中断请求处理，当前指令错误产生异常，主动陷阱用于受控服务请求；实验入口：把时钟中断、缺页、除零和系统调用放进同一事件表，逐项标出来源、返回点和可否重启；边界：同一术语在不同体系结构中命名可能变化，判断应回到事件来源与处理语义。

核心机制：ABI规定调用号、参数位置、返回值和错误约定；内核必须验证用户指针并安全复制数据；实验入口：用strace观察openat、read、write、close，比较高级语言一行代码与实际系统调用序列；边界：用户地址随时可能无效或被并发修改，内核不能直接相信长度、权限或字符串终止位置。

核心机制：观测先提出可证伪问题，再采集调用次数、返回码和墙钟时间，区分现象与解释；实验入口：运行最小Python跟踪模拟器，输入事件序列，输出用户/内核边界穿越次数与失败调用数；边界：计数器只能说明发生了什么，不能单独证明慢的原因；跟踪本身也有开销。

核心机制：宏内核、微内核、模块化和分层是在保护域、通信成本、故障隔离与演化之间做权衡；实验入口：为文件服务分别画宏内核调用链和用户态服务消息链，计算跨边界次数并列出故障扩散面；边界：微内核不是所有代码都在用户态，宏内核也不等于没有模块；标签不能替代具体服务放置。

核心机制：分派器按调用号选择处理函数，先验证参数与权限，再返回结果或稳定错误码；实验入口：实现纯Python分派器，对READ、WRITE、UNKNOWN与越界长度执行至少四组自动测试；边界：未知调用、负长度、越界缓冲和权限不足必须失败关闭，不能落入默认成功路径。