操作系统-运行机制和体系结构

OS的运行机制和体系结构

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运行机制

何为指令？

​ 简单来说：“指令”就是处理器(CPU)能识别、执行的最基本命令。

两种指令

• 特权指令（不允许用户程序使用）
• 非特权指令

两种处理状态

• 用户态（目态）

  此时CPU只能执行非特权指令

• 核心态（管态）

  特权指令、非特权指令都可执行

两种程序

• 内核程序

  操作系统的内核程序是系统的管理者，既可以执行特权指令，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。

操作系统内核

也就是操作系统最接近硬件的部分，如时钟管理、中断处理、原语（设备驱动、CPU切换等）。

原语是一种特殊的程序，是最接近硬件的部分，这中程序的运行具有原子性。

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哪些程序是内核程序

操作系统的体系结构

• 大内核

  在微内核的基础上还包含了进程管理、存储器管理、设备管理等更多功能。

  • 优点：高性能
  • 缺点：内核代码庞大、结构混乱、难以维护

• 微内核

  至包含与硬件最接近的必不可少的那部分功能。

  • 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与用户态之间切换，性能低。

类比

操作系统的体系结构问题和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与员工和管理层之间的工作交接。