Day 47、48 操作系统的运行机制与体系结构

我是大白(●—●)，这是我开始学习记录大白Java软件攻城狮晋升之路的第四十七和四十八天（补），今天学习的是操作系统的运行机制和体系结构。

一、操作系统的运行机制

1.什么是指令

问题：“指令”和我们平时所说的“代码”有什么区别？

简单来说，“指令”就是处理器(CPU)能识别、执行的最基本的命令，比如加法指令就是让CPU进行加法运算。

2.两种指令

新的问题：
有的指令“人畜无害”。比如:加、减、乘、除这些普通的运算指令。
有的指令有很高的权限。比如:内存清零指令。如果用户程序可以使用这个指令，就意味着一个用户可以将其他用户的内存数据随意清零，这样做显然是很危险的。

所以指令又分为：

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。

3.两种处理器状态

问题：CPU如何判断当前是否可以执行特权指令？

首先要知道两种处理器状态：

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。

处理器的状态是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。

4.两种程序

两种程序为：

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。

问题：操作系统中的哪些功能应该由内核程序实现呢?
接下来就进行内核的讲解。

5.操作系统的内核

Yo~生活经验:我们安装完Windows操作系统后，会发现操作系统提供了多种多样的功能，比如“记事本”、“任务管理器”。然而，这些功能并不是必不可少的。即使没有“任务管理器”，我们仍然可以使用计算机。

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。

二、操作系统的体系结构

操作系统的体系结构：大内核和微内核。


类比：
操作系统的体系结构问题与企业的管理问题很相似。
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情。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。