1-1-4 操作系统的运行机制

1-1-4 操作系统的运行机制

程序是如何运行的

用户编写的高级语言代码(如C语言)经过编译器“翻译”成机器指令(二进制)后由CPU执行。一条高级语言的代码翻译过来可能会对应多条机器指令，程序运行的过程其实就是CPU执行一条一条机器指令的过程

两种程序

1. 应用程序：普通程序员写的程序
2. 内核程序：实现操作系统的程序，内核是操作系统最重要最核心的部分，也是最接近硬件的部分

两种指令

指令就是处理器(CPU)能识别、执行的最基本命令

1. 特权指令：只允许“管理者”即操作系统内核来使用
2. 非特权指令：应用程序只能使用非特权指令，如加法指令和减法指令等

在CPU设计和生产的时候就划分了特权指令和非特权指令，因此CPU执行一条指令前就能判断出其类型

两种处理器状态

1. 内核态(管态)：处于内核态时，说明正在运行内核程序，可以执行特权指令
2. 用户态(目态)：处于用户态时，说明正在运行用户程序，只能执行非特权指令

CPU中有一个寄存器叫程序状态字寄存器(PSW)，其中有个二进制位，1表示内核态，0表示用户态

内核态和用户态之间的切换

1. 内核态-->用户态：执行一条特权指令–修改PSW的标志位为“用户态”，这个动作意味着操作系统主动让出CPU使用权

2. 用于态-->内核态：由“中断”引发，硬件自动完成变态过程，触发中断信号意味着操作系统将强行夺回CPU使用权。CPU检测到中断信号后，会立即变为“核心态”，并停止运行当前的程序，转而运行处理中断信号的内核程序

除了非法使用特权指令之外，还有很多事件会触发中断信号。一个共性是，但凡需要操作系统介入的地方，都会触发中断信号