操作系统的运行机制

简介: 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

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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