操作系统的运行机制、体系结构学习笔记

运行机制

• 指令就是处理器(CPU)能识别、执行的最基本命令
  • 指令分为特权指令和非特权指令
    • 特权指令(如：内容清零指令)，是不允许用户程序使用的
    • 非特权指令(如：普通的运势指令)
• CPU通过两种处理器状态来判断当前是否可以执行特权指令。
  • 两种处理器状态分为用户态(目态)和核心态。
    • 两种处理器状态是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)
    • 当CPU处于用户态时，CPU只能执行非特权指令
    • 当CPU处于核心态时，CPU可以执行特权指令、非特权指令
• 计算机系统将程序分为两种程序
  • 两种程序分为内核程序和应用程序。
    • 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
    • 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
  • 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
  • 内核有时钟管理、中断处理、原语、对系统资源进行管理的功能四部分组成(时钟管理、中断处理和原语是与硬件关联较紧密的模块)
    • 时钟管理：实现计时功能
    • 中端处理：负责实现中断机制
    • 原语：
      1. 是一种特殊的程序
      2. 处于操作系统最底层，是最接近硬件的部分
      3. 这种程序的运行具有原子性——其运行只能一气呵成，不能中断
      4. 运行时间较短，调用频繁
    • 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”，不同的操作系统对内核功能的划分并不一样)
      1. 进程管理
      2. 存储器管理
      3. 设备管理

体系结构

• 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
• 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### 运行机制
• 指令就是处理器(CPU)能识别、执行的最基本命令
  • 指令分为特权指令和非特权指令
    • 特权指令(如：内容清零指令)，是不允许用户程序使用的
    • 非特权指令(如：普通的运势指令)
• CPU通过两种处理器状态来判断当前是否可以执行特权指令。
  • 两种处理器状态分为用户态(目态)和核心态。
    • 两种处理器状态是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)
    • 当CPU处于用户态时，CPU只能执行非特权指令
    • 当CPU处于核心态时，CPU可以执行特权指令、非特权指令
• 计算机系统将程序分为两种程序
  • 两种程序分为内核程序和应用程序。
    • 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
    • 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
  • 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
  • 内核有时钟管理、中断处理、原语、对系统资源进行管理的功能四部分组成(时钟管理、中断处理和原语是与硬件关联较紧密的模块)
    • 时钟管理：实现计时功能
    • 中端处理：负责实现中断机制
    • 原语：
      1. 是一种特殊的程序
      2. 处于操作系统最底层，是最接近硬件的部分
      3. 这种程序的运行具有原子性——其运行只能一气呵成，不能中断
      4. 运行时间较短，调用频繁
    • 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”，不同的操作系统对内核功能的划分并不一样)
      1. 进程管理
      2. 存储器管理
      3. 设备管理

体系结构

• 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
• 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

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