操作系统的运行机制
程序是如何运行的？
一条高级语言的代码翻译过来可能会对应多条机器指令（二进制）
一般来说高级语言通过编译，翻译成汇编语言，再通过汇编语言翻译成机器指令
程序运行的过程其实就是 CPU 执行一条一条的机器指令的过程
“指令”就是处理器（ CPU ）能识别、执行的最基本命令，而不是命令行中输入的命令
内核程序和应用程序
普通程序员编写的程序叫做应用程序，他是运行在操作系统之上的
编写操作系统的程序员编写的程序叫做内核程序，由大量内核程序组成了“操作系统内核”，简称为“内核”
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
操作系统只需要有内核即可正常运行，但操作系统的部分功能未包含在内核中，比如图形化用户界面 GUI
特权指令和非特权指令
操作系统内核作为“管理者”有时会让 CPU 执行一些“特权指令”，如：内存清零指令。这些指令影响重大，只允许“管理者”——即操作系统内核来使用
应用程序只能使用“非特权指令”，如：加法指令、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
内核态和用户态
为了使 CPU 能够区分正在运行的指令属于应用程序还是内核程序，CPU 设计了两种不同的工作状态：内核态和用户态
CPU 中有一个寄存器叫程序状态字寄存器，简称 PSW ，其中有一个二进制位，其处于 1 时表示内核态；处于 0 时表示用户态，不同 CPU 可能表示的位数和二进制数有所不同
当 CPU 处于内核态时，说明此时运行的是内核程序，CPU 可以执行所有指令，包括特权指令和非特权指令
当 CPU 处于用户态时，说明此时运行的是应用程序，CPU 只能执行非特权指令
这两种状态还有别名：内核态（管态）和用户态（目态）
两种状态的切换 👍
- 假设从开机开始的过程：
刚开机时， CPU 为“内核态”，操作系统内核程序先上 CPU 运行
开机完成后，用户可以启动某个应用程序
操作系统内核程序在合适的时候主动让出 CPU ，让该应用程序上 CPU 运行
切换
操作系统内核在让出 CPU 之前，会用一条特权指令把 PSW 的标志位设置为“用户态”
应用程序运行在“用户态”
此时如果向 CPU 输入一条特权指令
CPU 发现接下来要执行的这条指令是特权指令，但是自己又处于“用户态”
这个非法事件会引发一个中断信号
CPU 检测到中断信号后，会立即变为“核心态”，并停止运行当前的应用程序，转而运行处理中断信号的内核程序
“中断”使操作系统再次夺回 CPU 的控制权
操作系统会对引发中断的事件进行处理，处理完了再把CPU使用权交给别的应用程序
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将主动让出 CPU 使用权
用户态→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 的使用权
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
更新日志
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