南林yan
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操作系统的运行机制

一、预备知识

1.程序是如何运行的？

程序运行的过程就是CPU执行一条一条机器指令的过程

2.程序的分类

程序分为应用程序和内核程序

应用程序只能执行非特权指令，运行在用户态

内核程序可以执行特权指令，也可以执行非特权指令，运行在内核态

 

N个内核程序组成了操作系统内核，简称内核。内核是操作系统最重要的部分，是最接近硬件的部分。操作系统内核是系统资源的管理者，可以让CPU执行特权指令。

 

3.CPU的状态

CPU被划分为两种状态：用户态和内核态

在CPU生产和设计的时候就划分了特权指令和非特权指令，那么CPU如何区分这些指令是来自应用程序还是内核程序？CPU会被划分为两种状态——用户态和内核态，内核程序在运行时CPU会处于内核态，应用程序在运行时CPU会处于用户态。

 

二、用户态与内核态的转换

内核态转用户态：CPU执行一条特权指令，修改PSW的标志位为用户态。这个行为意味着操作系统主动让出CPU的使用权

 用户态转内核态：由非法事件触发中断信号，CPU检测到中断信号，计算机硬件自动进行状态转换。触发中断信号意味着操作系统将强制夺回CPU的使用权

 

三、运行机制

计算机开机，操作系统内核程序先运行，CPU处于内核态

开机完成，用户启动某应用程序，操作系统内核程序在合适时间内主动让出CPU，CPU转换为用户态，让应用程序上CPU执行

 

某黑客在该应用程序中植入了一条特权指令

 

CPU执行该特权指令时，发现自身却处于用户态，此非法行为引发中断信号

 

CPU检测到中断信号后，立即转变为内核态，并停止执行该当前应用程序，转而去执行处理中断信号的内核程序（中断使得操作系统夺回CPU控制权）

 

操作系统内核对引发中断信号的时间进行处理，处理结束后再将CPU控制权交给其他应用程序

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