2 操作系统第一章操作系统体系结构、中断和异常、系统调用

文章目录

1.1 指令概念及其分类
1.2 操作系统体系结构：
- 1.2.1操作系统内核概念
1.3 中断和异常
- 1.3.1 中断的诞生
- 1.3.2 中断分类
- 1.3.3 外中断的处理过程
- 1.3.4 中断小结
1.4 系统调用
- 1.4.1 系统调用介绍
- 1.4.2 系统调用功能
- 1.4.3 系统调用小结

1.1 指令概念及其分类

指令就是CPU能识别并且执行的最基本的命令

注意：一条高级语言的代码翻译过来可能会对应多条指令

CPU如何判断当前是否可以执行特权指令？
答：通过处理器的状态

由此可以将计算机程序分为以下两类：

1.2 操作系统体系结构：

1.2.1操作系统内核概念

内核就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。

1.3 中断和异常

1.3.1 中断的诞生

为了解决早期的计算机各程序只能串行执行，系统资源利用率低的问题，人们发明了操作系统（作为计算机的管理者），引入中断机制，实现了多道程序并发。

执行本质：发生中断就意味着需要操作系统介入，开展管理工作

当中断发生时，CPU立即进入核心态
当中断发生后，当前运行的进程暂停运行，并由操作系统内核对中断进行处理
对于不同的中断信号，会进行不同的处理

发生了中断，就意味着需要操作系统介入，开展管理工作。由于操作系统的管理工作（比如进程切换、分配I/O设备等）需要使用特权指令，因此CPU要从用户态转为核心态。中断可以使CPU从用户态切换为核心态，使操作系统获得计算机的控制权。有了中断，才能实现多道程序并发执行。

用户态、核心态之间的切换是怎么实现的？

答：“用户态→核心态”是通过中断实现的。并且中断是唯一途径；
“核心态→用户态”的切换是通过执行一个特权指令，将程序状态字（PSW）的标志位设置为“用户态”。

1.3.2 中断分类

1.3.3 外中断的处理过程

1.3.4 中断小结

1.4 系统调用

1.4.1 系统调用介绍

操作系统作为用户和计算机硬件之间的接口，需要向上提供一些简单易用的服务。主要包括命令接口和程序接口。其中，程序接口由一组系统调用组成。

“系统调用”是操作系统提供给应用程序（程序员/编程人员）使用的接口，可以理解为一种可供应用程序调用的特殊函数，应用程序可以通过系统调用来请求获得操作系统内核的服务

1.4.2 系统调用功能

应用程序通过系统调用请求操作系统的服务。而系统中的各种共享资源都由操作系统内核统一掌管，因此凡是与共享资源有关的操作（如存储分配、I/O操作、文件管理等），都必须通过系统调用的方式向操作系统内核提出服务请求，由操作系统内核代为完成。这样可以保证系统的稳定性和安全性，防止用户进行非法操作。

1.4.3 系统调用小结

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1.4.2 系统调用功能

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