操作系统的运行机制和体系结构

操作系统的运行机制和体系结构

知识总览

什么是指令

问题：“指令”和我们平时所说的“代码”有什么区别？

 

简单来说，“指令”就是处理器（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

特权指令不允许用户程序使用

问题：CPU如何判断当前是否可以执行特权指令？

CPU处于用户态此时CPU只能执行非特权指令

CPU处于核心态特权指令、非特权指令都可执行

CPU的状态用程序状态字寄存器（PSW）中的某种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。

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。

操作系统的内核

问题：操作系统中的哪些功能应该由内核程序实现呢？

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

操作系统的体系结构：大内核和微内核

类比：操作系统的体系结构问题和企业的管理问题很相似

内核就是企业的管理层，负责一些重要的工作。只有管理层才能执行特权指令，普通员工只能执行非特权指令。用户态、核心态之间的切换相当于普通员工和管理层之间的工作交接。

大内核：企业初创时体量不大，管理层的人会负责大部分的事情。优点是效率高；缺点是组织结构混乱，难以维护。

微内核：随着企业体量越来越大，管理层只负责最核心的一些工作，优点是组织结构清晰，方便维护；缺点是效率高。

知识回顾

1.特权指令只能在核心态下执行

2.内核程序只能在核心态下执行

3.核心态、用户态之间的切换

大内核  优点：高性能

            缺点：内核代码庞大，结构混乱，难以维护

微内核 优点：内核功能少，结构清晰，方便维护

            缺点：需要频繁的在用户态和核心态之间进行切换，性能低