操作系统 —— 操作系统运行环境
处理器状态
两类寄存器
- 用户可见寄存器：
- 数据寄存器
- 地址寄存器
- 条件码寄存器。也称标志寄存器，其比特位由处理机硬件设置。例如，一次算数运算可能导致条件码寄存器被设置为正、负、零或溢出。
- 控制和状态寄存器：
该类寄存器常用于控制处理器的操作，通常由操作系统代码使用。- PC 程序计数器。该计数器内装有下一周期被执行指令的地址。
- IR 指令寄存器。该寄存器内装有待执行的指令。
- PSW 程序状态字。记录处理器的运行状态如条件码、模式、控制位等信息。在PSW寄存器中专门设置一位，根据程序对资源和指令的使用权限而设置不同的处理器状态。
- 中断现场保护寄存器
- 过程调用堆栈。用来存放过程调用时的调用名、调用参数以及返回地址等。
两种处理器状态
- 内核态：运行操作系统程序
- 用户态：运行用户程序
处理器的状态转换
用户态 -> 内核态 中断、异常、陷入指令（如 int, trap, syscall, sysenter/sysexit）
内核态 -> 用户态 设置PSW
中断与异常机制
指令的执行与中断
计算机提供的最基本功能是执行指令。任何应用程序都只有通过指令的执行才能得以完成。执行指令的基本过程分两步，即处理机从内存中读入指令的过程和指令执行的过程。其中，读指令是根据程序计数器（PC）所指的地址读入，而执行的指令则是指令寄存器（IR）中的指令。
系统发生中断时，处理机收到中断信号，从而不能继续执行程序计数器中所指的原程序。这时处理机将保存当前的执行现场（也就是各寄存器中的值）并调用新的程序到处理机上执行。
常见中断与异常
中断举例：I/O中断，时钟中断，硬件中断
异常举例：系统调用，页故障/页错误，保护性异常，断点指令，其他程序性异常
中断机制的工作原理
若有中断，中断硬件将该中断触发器内容按规定编码送入PSW的相应位，称为中断码，通过查中断向量表引出中断处理程序。
系统调用
概念
系统调用是操作系统提供给编程人员进入内核的唯一接口。每个操作系统都提供几百种系统调用（进程控制，进程通信，文件使用，目录操作，设备管理，信息维护等）。
与库函数的关系
应用程序->系统调用；应用程序->C函数库/API接口->系统调用。
访管指令
由于系统调用引起处理机中断的指令称为访管指令（或称陷入指令）。
系统调用执行过程
当CPU执行到特殊的陷入指令时：
- 中断/异常机制：硬件保护现场；通过查中断向量表把控制权转给系统调用总入口程序
- 系统调用总入口程序：保存现场；将参数保存在内核堆栈里；通过查系统调用表把控制权转给相应的系统调用处理例程或内核函数
- 执行系统调用例程
- 恢复现场，返回用户程序
例子
用 int 80h 调用 第4号 系统调用 （即 write), 将 "hello world" 打印到标准输出
(我用的是 at&t 风格的汇编，这是 gcc 默认使用的格式）
.data
hello:
.string "Hello world\n"
.globl main
main:
movl $4, %eax
movl $1, %ebx
movl $hello, %ecx
movl $12, %edx
int $0x80
ret
把上面的内容存入 xxx.s ，然后用 gcc xxx.s -o xxx 即可编译出可执行文件。
