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
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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
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由此可以将计算机程序分为以下两类:
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1.2 操作系统体系结构:

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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。
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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

  1. 当中断发生时,CPU立即进入核心态
  2. 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
  3. 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

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1.3.3 外中断的处理过程

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1.3.4 中断小结

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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。

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1.4.3 系统调用小结

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