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【操作系统复习】操作系统的运行机制与体系结构

一、两种指令、两种处理器状态、两种程序

指令 ” 就是处理器(CPU)能识别、执行的最基本命令

  • 特权指令: 如内存清零指令 –> 不允许用户程序使用。

  • 非特权指令: 如普通的运算指令

    CPU如何判断当前是否可以执行特权指令?

用程序状态寄存器(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。

  • 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、非特权指令都可以执行

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。

二、操作系统的内核

内核 :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==。

  • 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 (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)
    • 进程管理
    • 存储器管理
    • 设备管理

三、操作系统的体系结构

  • 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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