操作系统的运行机制体系结构

2024-05-11 18:47:24

指令

指令：处理器(CPU)能识别、执行的最基本命令
比如：加法指令就是让CPU进行加法运算

两种指令、两种处理器状态、两种程序

有的指令“人畜无害”。比如：加、减、乘、除这些普通的运算指令。
有的指令有很高的权限。比如：内存清零指令。如果用户程序可以使用这个指令，就意味着一个用户可以将其他用户的内存数据随意清零，这样做显然是很危险的。

特权指令：计算机中不允许用户直接使用的指令。I/O指令、置中断指令、存取用于内存保护的寄存器、送程序状态字到程序状态字寄存器等的指令。

用户自编程序运行在用户态。
操作系统内核程序运行在核心态。

内核程序是应用程序的管理者。

操作系统的内核

我们安装完Windows操作系统后，会发现操作系统提供了多种多样的功能，比如“记事本”、“任务管理器”。然而，这些功能并不是必不可少的。即使没有“任务管理器”，我们仍然可以使用计算机。

原语：关闭中断，让其所有动作不可分割地完成后再打开中断。
原语特点：
1）处于操作系统的最低层，最接近硬件的部分。
2）程序的运行具有原子性，其操作只能一气呵成。
3）程序的运行时间较短，调用频繁。
原语：系统中的设备驱动、CPU切换、进程通信等功能中的部分操作。

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那些程序就是内核程序。

系统控制的基本操作
1）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
2）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
3）设备管理：缓冲区管理、设备分配和回收

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一个紧密联系的整体运行在核心态，从而为应用提供高性能的系统服务。

微内核：有效分离了内核与服务、服务与服务，使得它们之间的接口更加清晰，维护的代价大大降低，各部分可以独立地优化和演进，从而保证了操作系统的可靠性。

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