操作系统原理知识“妙”问“趣”答
http://tech.sina.com.cn 2000/11/16 16:27 新浪科技论坛 新浪网友：小宝宝乖
序
我们每天都同操作系统打交道，了解一些操作系统原理上的知识是绝对有必要的，它可以让你了解操作系统内部是怎么工作的，为什么会出现这样那样的问题，为我们解决这些问题提供思路。
本文完全是为普通电脑用户写的，省略了所有难以理解的算法、原理，没有太多细节上的东西，只是针对普通电脑用户可能感兴趣的问题给出了实现思想。写这些东西只是我的一相情愿，就怕我还是写得深了些，初学者读不懂。如果这10K文字能让你对操作系统有更深的了解，那也就不枉了这几个汗流浃背的夏日午后了。
Q:什么是中断？
A:中断嘛，举个容易理解的例子吧。
比如莲莲和唐唐在下象棋，眼看莲莲就快招架不住了，正当此紧要关头，唐唐的女友来了，非要唐唐陪她上街买衣服不可(唐唐晕倒:-))，于是唐唐不得不同莲莲商量，先把棋盘封了，待买完衣服后继续战斗。掌灯时分，唐唐带着满脸疲惫回到了棋盘前，结果莲莲不费吹灰只力便反败为胜。这就是整个中断过程。我们来看看中断过程是如何发生的：
1)中断请求：唐唐的女友要他逛街
2)中断响应：唐唐准备放下棋局陪女友逛街
3)现场保护：先把棋盘封了
4)中断处理：唐唐陪女友逛街买衣服
5)恢复现场：把棋盘解封
6)中断返回：继续战斗
在计算机中，中断机制是非常重要的，它用于协调系统对各种外部事件的响应和处理，并且是实现多任务的必要条件。可以这么说，如果没有中断机制，就没有计算机。
噢，对了，如果唐唐把棋移到密室中下，不让他的女友打扰，这就叫“中断屏蔽”。
Q:RING3、RING0是什么意思？
A:这得从CPU指令系统(用于控制CPU完成各种功能的命令)的特权级别说起。在CPU的所有指令中，有一些指令是非常危险的，如果错用，将导致整个系统崩溃。比如：清内存、设置时钟等。如果所有的程序都能使用这些指令，那么你的系统一天死机n回就不足为奇了。所以，CPU将指令分为特权指令和非特权指令，对于那些危险的指令，只允许操作系统及其相关模块使用，普通的应用程序只能使用那些不会造成灾难的指令。形象地说，特权指令就是那些儿童不宜的东东，而非特权指令则是老少皆宜。
Intel的CPU将特权级别分为4个级别：RING0,RING1,RING2,RING3。Windows只使用其中的两个级别RING0和RING3，RING0只给操作系统用，RING3谁都能用。如果普通应用程序企图执行RING0指令，则Windows会显示“非法指令”错误信息。尽管有CPU的特权级别作保护，遗憾的是WINDOW98本身漏洞很多，使用Windows 98的系统一天死机n回也是正常的。
Q:为什么要有操作系统？
A:哈哈，难道你还没感受到操作系统的魅力吗？因为有了象Windows这样优秀的操作系统，我们的机器才一天到晚地出问题——这个那个的问题，我们才需要一天到晚地重装Windows，这样才使我们牢牢地记住了象微软这样的公司的名字，和象比尔盖茨这样优秀的程序员兼老板的名字……(以上文字请斑竹删去)
好了，说正经的，尽管Windows不稳定，但绝对不能否认它是当今最优秀的操作系统之一。操作系统在计算机中起着重要作用，它为所有的应用程序提供一个运行环境，并将应用程序同具体硬件隔离。比如在机器中换一块声卡，只需要重新安装一下声卡驱动程序就完事了，但如果没有操作系统，你就必须为这块新的声卡重新购买所有的应用程序，以便这些应用程序能够认识这块声卡并能够使用它。
操作系统就象计算机的大管家，管理着计算机的各种资源，比如内存、磁盘、CPU等。应用程序想使用这些资源，都必须经过操作系统同意(资源申请)，并且由操作系统统一安排使用时间(资源分配)，应用程序用完后必须将资源还给操作系统(资源回收)，以便其他应用程序使用。就这样，计算机系统在操作系统的管理下以最可能高的效率有条不紊地工作着。
Q:什么叫进程？进程同程序有什么区别？
A:进程是程序在计算机上的一次执行活动。当你运行一个程序，你就启动了一个进程。显然，程序是死的(静态的)，进程是活的(动态的)。进程可以分为系统进程和用户进程。凡是用于完成操作系统的各种功能的进程就是系统进程，它们就是处于运行状态下的操作系统本身；用户进程就不必我多讲了吧，所有由你启动的进程都是用户进程。进程是操作系统进行资源分配的单位。
在Windows下，进程又被细化为线程，也就是一个进程下有多个能独立运行的更小的单位。
Q:什么是多任务？
A:在同一个时间里，同一个计算机系统中如果允许两个或两个以上的进程处于运行状态，这便是多任务。现代的操作系统几乎都是多任务操作系统，能够同时管理多个进程的运行。
多任务带来的好处是明显的，比如你可以边听mp3边上网，与此同时甚至可以将下载的文档打印出来，而这些任务之间丝毫不会相互干扰。
Q:什么是“并发”？什么是“并行”？
A:俗话说，一心不能二用，这对计算机也一样，原则上一个CPU只能分配给一个进程，以便运行这个进程。我们通常使用的计算机中只有一个CPU，也就是说只有一颗心，要让它一心多用，同时运行多个进程，就必须使用并发技术。实现并发技术相当复杂，最容易理解的是“时间片轮转进程调度算法”，它的思想简单介绍如下：在操作系统的管理下，所有正在运行的进程轮流使用CPU，每个进程允许占用CPU的时间非常短(比如10毫秒)，这样用户根本感觉不出来CPU是在轮流为多个进程服务，就好象所有的进程都在不间断地运行一样。但实际上在任何一个时间内有且仅有一个进程占有CPU。
如果一台计算机有多个CPU，情况就不同了，如果进程数小于CPU数，则不同的进程可以分配给不同的CPU来运行，这样，多个进程就是真正同时运行的，这便是并行。但如果进程数大于CPU数，则仍然需要使用并发技术。
在Windows中，进行CPU分配是以线程为单位的，一个进程可能由多个线程组成，这时情况更加复杂，但简单地说，有如下关系：
总线程数<= CPU数量：并行运行
总线程数> CPU数量：并发运行
并行运行的效率显然高于并发运行，所以在多CPU的计算机中，多任务的效率比较高。但是，如果在多CPU计算机中只运行一个进程(线程)，就不能发挥多CPU的优势。
值得注意的是，Windows 9x并不支持多CPU系统，如果在多CPU系统上安装Windows 9x，有再多的CPU也是白搭。