操作系统与内核

操作系统与内核

 

概念

操作系统运行在裸机之上，用于管理计算机资源（处理器，内存，磁盘，网络），目的是对计算机硬件的指令集做进一步的封装，为用户程序提供更好、更简单、更清晰的计算机模型。

 

用户态和内核态

多数计算机有两种运行模式

内核态：操作系统具有对所用硬件的完全访问权，可以执行机器能够运行的任何指令。

用户态：只使用机器指令的一个子集，那些会影响机器控制/IO操作的指令在用户态中禁止使用。

 

系统调用

说了用户态和系统态之后，那么什么是系统调用呢？

我们运行的程序基本都是运行在用户态，如果我们调用操作系统提供的系统态级别的子功能咋办呢？那就需要系统调用了！

也就是说在我们运行的用户程序中，凡是与系统态级别的资源有关的操作（如文件管理、进程控制、内存管理等)，都必须通过系统调用方式向操作系统提出服务请求，并由操作系统代为完成。

这些系统调用按功能大致可分为如下几类：

设备管理。完成设备的请求或释放，以及设备启动等功能。
文件管理。完成文件的读、写、创建及删除等功能。
进程控制。完成进程的创建、撤销、阻塞及唤醒等功能。
进程通信。完成进程之间的消息传递或信号传递等功能。
内存管理。完成内存的分配、回收以及获取作业占用内存区大小及地址等功能。

 

操作系统的内核（Kernel）

1. 操作系统的内核（Kernel）是操作系统的核心部分，它负责系统的内存管理，硬件设备的管理，文件系统的管理以及应用程序的管理。

2. 操作系统的内核是连接应用程序和硬件的桥梁，决定着操作系统的性能和稳定性。

   

 

操作系统内核所管理的硬件资源：

处理器(CPU)： 处理器负责处理执行计算机指令，程序的执行就是不断取指令、执行指令的过程。

​ 寄存器：每个处理器内部都有一些用来保存关键变量的通用寄存器、以及一些对程序员可见的专用寄存器如：程序计数器（记录下一条指令地址）、堆栈指针寄存器（指向内存中当前栈的顶端）等等。

 

存储器：

 
IO设备：

IO设备即输入输出设备，如打印机、键盘、鼠标、显示器等等。IO设备由设备控制器和设备本身组成，设备控制器用来控制设备。

设备控制器、设备都、设备驱动程序、都由设备厂商生产制造。

在操作系统上安装设备的驱动程序（用于让操作系统控制设备控制器）来完成操作系统通过设备控制器对设备的控制。

总线：

连接计算机各个组成部分，实现计算机内部各个组件通信的中间介质。