操作系統精髓與設計原理讀書筆記2

來自專欄 學渣的救贖之路

計算機系統概述

概述操作系統運行的計算機系統的基本主成成分包括1：處理器2：內存3：輸入輸出系統4：系統匯流排

CPU

處理器由運算器、控制器、一系列的寄存器以及高速緩存構成

兩類寄存器：

用戶可見寄存器：高級語言編譯器通過優化演算法分配並使用之，以減少程序訪問內存次數

控制和狀態寄存器：用於控制處理器的操作，通常由操作系統代碼使用

其中控制和狀態寄存器是用於控制處理器的操作

在某種特權級別下可以訪問、修改

常見的控制和狀態寄存器

程序計數器（PC：Program Counter），記錄將要取出的指令的地址

指令寄存器（IR：Instruction Register），記錄最近取出的指令

程序狀態字（PSW：Program Status Word），記錄處理器的運行狀態如條件碼、模式、控制位等信息

內核態(Kernel Mode)：運行操作系統程序

用戶態(User Mode)：運行用戶程序

X86支持4個處理器特權級別特權環：R0、R1、R2和R3，目前大多數基於x86處理器的操作系統只用了R0和R3兩個特權級別

cpu狀態轉換

用戶態 → 內核態

唯一途徑 → 中斷/異常/陷入機制

內核態 → 用戶態

設置程序狀態字PSW

其中一條特殊的指令：陷入指令（又稱訪管指令）

提供給用戶程序的介面，用於調用操作系統的

功能（服務）

例如：int，trap，syscall，sysenter/sysexit

中斷/異常機制

中斷：外部事件，正在運行的程序所不期望的

異常：由正在執行的指令引發

其 對於操作系統的重要性

就好比：汽車的發動機、飛機的引擎

→→ 可以說 操作系統

是由「中斷驅動」或者 「事件驅動」的

主要作用

1.及時處理設備發來的中斷請求

2.可使OS捕獲用戶程序提出的服務請求

3.防止用戶程序執行過程中的破壞性活動

中斷/異常指CPU對系統發生的某個事件作出的一種反應

CPU暫停正在執行的程序，保留現場後自動轉去執行相應事件的處理程序，處理完成後返回斷點，繼續執行被打斷的程序，特點為

1.是隨機發生的

2.是自動處理的

3.是可恢復的

中斷響應： 發現中斷、接收中斷的過程 由中斷硬體部件完成

中斷向量：

一個內存單元，存放中斷處理程序入口地址和

程序運行時所需的處理機狀態字

執行流程按中斷號/異常類型的不同，通過中斷向量表

轉移控制權給中斷處理程序

中斷處理程序

系統運行時若響應中斷，中斷硬體部件將CPU控制權轉給中斷處理程序：

保存相關寄存器信息

分析中斷/異常的具體原因

執行對應的處理功能

恢復現場，返回被事件打斷的程序

system call

內存待續......