1.OS的运行机制和体系结构1
预备知识：什么指令？
问题：“指令”和我们平时所说的“代码”有什么区别？
C语言代码，需要经过编译器“翻译”成机器语言指令，一条高级语言的代码翻译过来可能会对应多条指令。
简单来说，“指令”就是处理器（CPU）能识别、执行的最基本命令
比如：加法指令就是让CPU进行加法运算
1.1 运行机制
新的问题
有的指令“人畜无害”。比如：加、减、乘、除 这些普通的运算指令。
有的指令有很高的权限。比如：内存清零指令。如果用户程序可以使用这个指令，就意味着一个用户可以将其他用户的内存数据随意清零，这样显然是很危险的。
为了解决这个问题，把指令分为特权指令和非特权指令
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两种指令
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特权指令：如内存清零指令（不允许用户程序使用）
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非特权指令：如普通运算指令
问题：CPU如何判断当前是否可以执行特权指令？
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两种处理器状态
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核心态(管态)：此时特权指令、非特权指令都可执行
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用户态(目态)：此时CPU只能执行非特权指令
两种处理器状态
用程序状态字寄存器（PSW）中的某标志位来标识当前处理器处于什么状态。如：0为用户态，1为核心态 -
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两种程序
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内核程序
操作系统的内核程序是系统的管理者，既可执行特权指令，也可以执行非特权指令，运行在核心态。 -
应用程序
为了保证系统能安全运行，普通应用程序只能执行非特权指令，运行在用户态。
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1.2 操作系统内核
内核是计算机上配置的底层软件，是操作系统最基本、最核心的部分。
实现操作系统内核功能的那些程序就是内核程序。
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时钟管理
实现计时功能 -
中断处理
负责实现中断机制 -
原语
是一种特殊的程序
处于操作系统最底层，是最接近硬件的部分
这种程序的运行具有原子性——其运行只能一气呵成，不可中断
运行时间较短、调用频繁 -
对系统资源进行管理的功能
- 进程管理
- 存储器管理
- 设备管理
j时钟管理、中断处理和原语是与硬件关联较紧密的模块。
而对系统资源进行管理的功能，有的操作系统不把这部分功能归为“内核功能”。也就是说，不同的操作系统，对内核功能的划分可能并不一样。
1.3 操作系统的体系结构
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大内核
将操作系统的主要功能模块都作为系统内核，运行在核心态优点：高性能
缺点：内核代码庞大，结构混乱，难以维护
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微内核
只把最基本的功能保留在内核优点：内核功能少，结构清晰，方便维护
缺点：需要频繁地在核心态和用户态之间切换，性能低
类比：
操作系统的体系结构问题与企业的管理问题很相似。
内核就是企业的管理层，负责一些重要的工作。只有管理层才能执行特权指令，普通员工只能执行非特权指令。用户态、核心态之间的切换相当于普通员工和管理层之间的工作交接。
大内核：企业初创时体量不大，管理层的人会负责大部分的事情。优点是效率高；缺点是组织结构混乱，难以维护。
微内核：随着企业体量越来越大，管理层只负责最核心的一些工作。优点是结构清晰，方便维护；缺点是效率低。
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以上笔记均整理自王道考研 ↩︎