1.运行机制

什么是指令， “指令”和“代码”有什么区别？

比如：C语言指令代码源文件经过编译后变成机器语言指令，而一条高级语言的代码可能对应着多条指令。

简而言之，“指令”就是CPU能够处理和执行的最基本的命令，就是让CPU干一件具体的事情。

（1）两种指令：

  • 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

问：CPU怎样执行特权指令？

（2）两种处理器状态：

  • 用户态（目态）：在该状态下CPU只能执行非特权指令。
  • 核心态（管态）：在该状态下特权指令和非特权指令都可以执行。

在CPU中存在一个用户程序状态寄存器（PSW），在其中的某一个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。

（3）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。

2.操作系统内核

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内核是计算机配置上的底层软件，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就是内核程序。

操作系统内核包括：

  1. 时钟管理：实现计时功能。
  2. 中断处理：负责实现中断机制
  3. 原语：
    • 是一种特殊的程序
    • 处于操作系统最底层、最接近硬件的部分
    • 这种运行的程序具有原子性，其运行过程不可中断
    • 运行时间较短，调用频繁
  4. 对系统资源进行管理的功能：
    • 进程管理
    • 存储管理
    • 设备管理

内核又可被分为：大内核和**微内核。**如果内核中包含存储管理，进程管理，设备管理等功能的就被叫做大内核，只包含最基本如时钟管理，中断处理，原语等的就被叫做微内核。

3.操作系统的体系结构

操作系统的体系结构：

  1. 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
  2. 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：需要频繁的在核心态和用户态之间切换，性能低

比如：

比喻