OS的运行机制和体系结构

知识框架：

OS的运行机制和体系结构

特权指令与非特权指令

特权指令：指一些非常重要的指令，如内存清零指令，I/O指令，置中断指令，只能由特殊程序执行，保证安全性。

非特权指令：即一般指令，不影响系统的安全性，如加减乘除指令，可以由一般的程序执行。

核心态与用户态

计算机如何区分当前是否可以执行特权指令？没错，采用的是不同的状态，即核心态和用户态，在状态字寄存器中存在一个状态标志位，可以区分当前是核心态还是用户态，只有在核心态中才可以使用特权指令。

内核程序和应用程序

内核程序指能够特权指令的特殊程序

应用程序指其他能够调用一般指令的普通程序

操作系统内核

1、与硬件关联紧密的模块：时钟管理、中断处理、设备驱动等。

2、运行频率较高的程序：进程管理、存储器管理、设备管理等。

3、原语：是一种特殊的程序，执行具有原子性，即要么不执行，要么不可被中断地被执行完毕。

（操作系统内核的指令操作工作在核心态）

操作系统的体系结构

1、大内核：管理层可以做大部分工作。其优点是性能高，缺点是结构混乱，难以维护。

2、微内核：管理层与员工层分工明确。其优点是结构清晰，分工明确，维护方便，缺点是需要不断在核心态与用户态之间转 换，性能较低。

中断和异常

中断和异常

CPU如何在用户态和核心态之间切换？ --利用中断，中断是CPU从用户态进入核心态的唯一途径

发生中断意味着需要操作系统介入进行工作，CPU会立即进入核心态，如进行IO管理，允许打印机开始工作等。

中断的分类

广义中断可以分为内中断和外中断，平常我们把外中断称为中断实际上是狭义上的中断定义。

内中断又分为自愿中断和强迫中断，自愿中断是指被指令中断，而强迫中断一般是遇到了异常，如硬件故障，或者除数为0，都会抛出异常。

而外中断一般包括外设的请求中断，如打印机工作完毕会向CPU发送完成信号中断，或者人工干预的中断，即认为的强行结束一个进程。

外中断的处理过程

1、每条指令结束，CPU例行检查是否有中断

2、如果有中断，保护现场，进入中断子程序

3、恢复现场，返回继续向下执行

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