操作系统复习--OS的运行机制和体系结构

操作系统复习–OS的运行机制和体系结构

本文章按照王道操作系统参考

文章主要分：运行机制，操作系统内核，操作系统的体系结构

运行机制

两种命令

• 特权指令：不允许用户直接使用的命令，如：I/O，中断命令等，运行在核心态
• 非特权指令：普通的应用程序指令，如：加减乘除操作。

两种处理器状态

核心态（管态）：可以运行特权命令和非特权指令

用户态（目态）：只能运行非特权指令

两种程序

• 内核程序（管理程序）：操作系统内核程序是系统管理者，特权特权指令和非特权指令都能执行，运行在核心态
• 用户程序（应用程序）：为了保证操作系统能够安全运行，用户程序只能运行非特权指令，运行在用户态

操作系统用户态和核心态的转换

• 用户态->核心态 唯一办法通过中断实现
• 核心态->用户态 通过执行一个特权指令，将PSW的标志位设置为用户态

PSW标记位

• 用程序状态寄存器PSW中的某标记位来识别处理器处于什么状态，如：用户态，核心态。

操作系统内核

内核是计算机配置在底层的软件，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程序是内核程序。

时钟管理（最基本功能）

• 第一功能用于计时；向用户提供标准的系统时间；通过时钟中断管理，可以实现进程的切换。

中断机制（最基本功能）

• 指CPU对突发的外部事件的反应过程或机制
• CPU收到外部信号（中断信号）后，停止当前工作，转去处理该外部事件，处理完毕后回到原来工作的中断处（断点）继续原来的工作

中断类型：

• 内中断：由CPU内部事件引起。例：访管中断、程序中断
  1. 强迫性中断：程序没有预期：例I/O（外设输入输出）、外部中断
  2. 自愿中断：程序有预期的、例：执行访管指令
• 外中断：由CPU外部事件引起。例：I/O、外部事情

原语（最基本功能）

系统中的设备驱动，CPU切换，进程通信等功能中的部分操作都可以定义为原语。

特点：

• 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
• 具有原子性，其操作必须一气呵成
• 运行时间短，调用频繁

对资源进行管理的功能

• 进程管理：进程状态管理，进程调度和分派，创建与撤销进程控制块等
• 存储器管理：存储器的空间分配和回收，内存信息保护程序，代码对换程序等
• 设备管理：缓冲区管理，设备分配，回收等

操作系统的体系结构

大内核

• 将内核的主要功能模块都作为一个紧密联系的整体运行在核心态
• 优点：高性能
• 缺点：内核代码庞大，结构混乱，难维护

微内核

• 将内核中最基本的功能保留在内核，而将那些不需要运行在核心态执行的功能转移到用户态执行
• 优点：内核功能少，结构清晰，方便维护
• 缺点：需要频繁在用户态和核心态之前切换，性能低

最后

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