操作系统的运行机制与体系结构（操作系统4）

操作系统的运行机制与体系结构

视频链接地址：
https://www.bilibili.com/video/BV1YE411D7nH/?spm_id_from=333.788.videocard.2

前言

在本篇中，你将掌握

• 操作系统中指令、处理器状态和程序的对应
• 操作系统两种体系结构的优缺点
  

---

1 操作系统的运行机制

问题：“指令”和我们平时所说的“代码”有什么区别？
一条高级语言代码 可能被翻译为 对应多条指令，“指令”就是处理器（CPU）能识别、执行的最基本命令

指令被分为：

1. 特权指令：如内存清零指令（不允许用户程序使用）
2. 非特权指令：如普通的运算指令

问题：CPU如何判断当前是否可以执行特权指令

为此，有两种处理器状态：
（用程序状态字寄存器PSW中的某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）

1. 用户态（目态）——此时CPU只能执行非特权指令
2. 核心态（管态）——特权指令、非特权指令都可以执行

根据程序执行指令的能力，将程序又分为：

1. 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。
2. 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

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。

操作系统内核的功能又被分为

1. 时钟管理：与硬件关系较紧密的模块
2. 中断处理：
3. 原语：这种程序具有原子性——运行只能一气呵成，不可中断
4. 对系统资源进行管理的功能：

3 操作系统的体系结构

根据操作系统将功能模块的划分，操作系统的体系结构分为：

1. 大内核：主要功能都保留在内核
2. 微内核：最基本的功能保留在内核

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请。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；缺点是效率低。

4 小结

本篇重点，操作系统中指令对应的处理器状态及程序、内核的功能、操作系统两种体系结构的优缺点。